一种基于机动车轮毂散射特性的交通流量监测方法与流程

本发明属于目标雷达反射特性应用技术领域，具体涉及到一种基于机动车轮毂散射特性的交通流量监测方法。

背景技术：

随着科技的迅速发展，机械化进程不断加速，交通已经成为衡量城市现代化水平的重要构成元素。然而伴随着城市边缘扩大化与经济的持续迅猛增长，交通拥堵问题逐渐蔓延到几乎每个城市。因此对城市道路及主要干道进行有效的机动车交通流量监测对于提高出行效率，合理配置交通资源和提升居民生活幸福感等方面具有重要的现实意义。

目前国内外在这一领域采取的方案主要基于埋地线圈传感、视频监控、gps及rfid应答、红外监测、微动多普勒等技术。然而，线圈铺设会对路面结构形成损伤，且因气候变化和频繁碾压使其故障率较高；视频监控容易受到雨雪云雾和照度的影响，无法实现全天候保障；红外线易受外界环境温度影响而失灵；gps及rfid应答则需要机动车的配合和保障，因此在管理覆盖和特种车辆的流量监测方面存在局限；微动多普勒技术对静止和缓行车辆无效，因而无法大面积推广。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于轮毂散射特性的交通流量监测方法。

本发明一种基于轮毂散射特性的交通流量监测方法，具体包括以下步骤：

步骤1：理论分析目标雷达散射特性，计算非机动车和机动车轮毂本征频率范围；

步骤2：定量分析轮毂与机动车的雷达散射截面的关系，参考实际结构尺寸，建立机动车和轮毂三维模型；

步骤3：对步骤2中建立的机动车和轮毂三维模型的散射特性以步骤1中分析得到的本征频率范围内进行入射波频率扫描得到轮毂的主极化和正交极化雷达散射截面，取主极化和正交极化同时达到最大值时的频点为轮毂的本征频率；

步骤4：在步骤3确定的本征频率入射波条件下仿真四种极化排列即hh、hv、vh、vv机动车和轮毂的雷达散射特性，确定采用轮毂的正交极化散射特性作为车辆监测拾取参数，并且取轮毂的雷达散射面积最大时的入射波的入射角度；

步骤5：在本征频率的入射波条件下进一步对不同极化角度入射波条件下轮毂散射特性的空间分布进行仿真验证，取轮毂的雷达散射面积最大时的入射波的极化角度。

作为优选，机动车和轮毂的雷达散射截面均采用矩量法确定，且从仿真时间和仿真精度两个因素着手。

与现有技术相比，本发明提出的基于轮毂的散射特性进行车流量监测的方案在实施过程中无需在机动车上加装设备或者路面及周边配备固定设施，同时具有部署灵活，可靠性高和适应全天候等特性，除此之外本发明对于反隐身机动车辆雷达探测亦有一定的参考价值。

附图说明

图1入射波方位角示意图；

图2轮毂的rcs极化分量对比图；

图3雷达入射波作用下轮毂再生辐射场的电流矢量分布示意图；

图4(a)本征频率下机动车全极化rcs空间分布图；

图4(b)本征频率下轮毂全极化rcs空间分布图；

图5不同极化角度时轮毂正交极化rcs空间分布对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述。

为叙述方便，定义相关符号如下：

上标“t”：入射场

上标“s”：散射场。

e：电场强度

具体步骤如下：

步骤1：通过理论分析得到目标的雷达散射截面它的大小与目标的大小、形状、材料、表面结构以及入射场的波长、角度和极化方向等参数相关。为此统计了不同车辆轮毂尺寸并计算出其本征频率范围如表1所示，本征频率将落在134～313mhz范围内，为了确保在后续仿真中准确定位轮毂本征频率点，这里把频率范围拓宽至100～500mhz。

表1不同类型车辆轮毂尺寸及其本征频率范围

步骤2：建立机动车及其轮毂三维模型，参考实际机动车结构，取机动车模型尺寸为4223mm*1873mm*1865mm，轮毂直径取16in；仿真方位角示意图如附图1所示，其中：为入射场的波矢量；为波束入射角；θ为波束俯仰角；η为波束极化角度。

步骤3：为进一步确定步骤2中建立的轮毂对应的本征频率，在步骤1中计算出的本征频率范围内对轮毂的雷达散射截面进行频率扫描。如附图2所示，机动车轮毂的主极化和正交极化雷达散射截面在255mhz处达到最大，因此将该频率视作轮毂的本征频率。

步骤4：附图3所示雷达入射波作用下轮毂再生辐射场的电流矢量分布示意图验证了轮毂在雷达入射波的照射下存在正交极化分量，继而在步骤3确定的本征频率入射波条件下仿真四种极化排列即hh、hv、vh、vv(“h”和“v”代表水平极化和垂直极化)机动车和轮毂的雷达散射的空间分布特性，如附图4中(a)，(b)所示，受255mhz入射电磁波照射时，机动车四种极化排列产生的雷达散射截面数值小，波动性强。而此时轮毂的正交极化散射特性显著，数值上较机动车三维模型增强了30db，且轮毂的vh散射特性随入射角theta的变化呈先增大后减少趋势，在θ＝90°,方向rcs值最大，具有良好的角度选择特性。

步骤5：为了进一步验证轮毂的极化散射特性，分别对极化角度为0°,30°,60°,90°的入射波下轮毂正交极化散射特性空间分布进行了仿真。由附图5可知，极化角度为0°时，轮毂正交极化分量即vh排列下的一维纵向最强；极化角度为90°时即hv排列下的一维纵向最弱。表明入射波以垂直极化入射时，轮毂的雷达散射特性最显著，此时最有利于实现目标探测和识别的目的。