何洪寧+仝大偉

【摘要】 采用了多普勒效應(yīng)原理：當(dāng)目標(biāo)靠近雷達(dá)時，反射信號的頻率高于發(fā)射機(jī)的頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá)時，反射信號的頻率低于發(fā)射信號的頻率，即可由信號發(fā)射與接收頻率的差值，從而計算得到目標(biāo)的速度值。將中頻正交的兩路信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，通過FFT對IQ信號從時域轉(zhuǎn)換到對應(yīng)的頻域，求出其幅值和方向，最后確定目標(biāo)的運動方向，并通過RS232信號傳輸?shù)较鄳?yīng)的上層平臺。

【關(guān)鍵詞】 多普勒效應(yīng) 35GHz 窄波雷達(dá) 測速

一、多普勒效應(yīng)

Radar（Radio Detection Ranging）： 無線電探測和測距雷達(dá)是一種通過發(fā)射電磁波和接收回波，對目標(biāo)進(jìn)行探測和測定目標(biāo)信息的設(shè)備。 當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對空掃描時，如果遇到活動目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測出目標(biāo)對雷達(dá)的徑向相對運動速度。

我們知道當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)站之間存在相對速度時，接收到回波信號的載頻相對于發(fā)射信號的載頻

因此，雷達(dá)只要能夠測量出回波信號的多卜勒，就可以確定目標(biāo)與雷達(dá)站之間的相對速度。

35G高性能窄波平板雷達(dá)用于車輛監(jiān)測是依據(jù)多普勒效應(yīng)原理實現(xiàn)的。由雷達(dá)發(fā)出一束微波，遇被測目標(biāo)（車輛）時微波被反射回來，再由雷達(dá)接收反射波。如果目標(biāo)相對于雷達(dá)有徑向運動，反射波的頻率將與發(fā)射頻率發(fā)生差異，而這種差異的大小正比于目標(biāo)與雷達(dá)的相對運動速度。于是，雷達(dá)通過檢測反射波頻率和發(fā)射波頻率的差，就可以計算出被測車輛的移動速度。

二、窄波束雷達(dá)

窄波束雷達(dá)被稱為窄波雷達(dá)，是因為其自身雷達(dá)發(fā)射波瓣角非常窄，也被稱之為單車道雷達(dá)測速儀，雷達(dá)有效測量范圍，只限定在一個車道，有效的避免了相鄰車道的車輛速度干擾，所以被稱之為單車道雷達(dá)，而其又被稱之為平板雷達(dá)，是用戶從外觀上給出的直觀的名稱，普通雷達(dá)的發(fā)射天線是喇叭型，而窄波束雷達(dá)測速儀的發(fā)射天線是平板型的，比起普通的寬波雷達(dá)，其優(yōu)越性在于其能有效的避免相鄰車道車輛的速度干擾，確保執(zhí)法取證的正確性、嚴(yán)肅性、唯一性。

三、測速算法系統(tǒng)設(shè)計

本項目采用的為ka波段，為35G高性能窄波平板雷達(dá)。

雷達(dá)天線的接收部分，對信號進(jìn)行中頻放大，然后通過在中頻上面進(jìn)行AD采樣，將采樣后的信號送入到TMS320F2812的DSP上面去，進(jìn)行處理，得到的速度值通過RS232傳輸?shù)较鄳?yīng)的客戶端顯示出來，最終可以通過客戶端來查看到超速的速度值。

雷達(dá)是利用電磁波的二次輻射、轉(zhuǎn)發(fā)或目標(biāo)固有輻射來探測目標(biāo)，獲取目標(biāo)空間坐標(biāo)、速度、

特征等信息的一種無線電技術(shù)。其測速的原理是采用了多普勒效應(yīng)（Doppler Effect）原理。

雷達(dá)信號處理方法：進(jìn)行FFT變換，對噪聲和雜波進(jìn)行處理，提取出目標(biāo)，通過計算，得到目標(biāo)速度，并運用相機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行抓拍。

信號處理部分包括以下幾個步驟：

1、檢測信號是否飽和；如果信號太強(qiáng)，并且經(jīng)過中頻放大之后，得到的信號處于飽和狀態(tài)，那么是無法對回波中的目標(biāo)來進(jìn)行判決的。2、將AD轉(zhuǎn)換之后的兩路數(shù)據(jù)，進(jìn)行FFT變換，得到其頻率的相應(yīng)的信息；通過調(diào)用庫中的FFT函數(shù)，來最大化的將雷達(dá)的結(jié)果進(jìn)行搞定。3、根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)得到噪聲的電平；通過求一組數(shù)據(jù)中的噪聲電平，來確定基本的判決門限；4、幀內(nèi)目標(biāo)的檢測；對雷達(dá)進(jìn)行檢測，通過門限的判決來確定回波信號中是否存在著相應(yīng)的目標(biāo)。5、計算速度；通過得到的頻率來速度進(jìn)行相應(yīng)的計算。6、目標(biāo)的幀間相關(guān)；通過前后兩幀的數(shù)據(jù)，來進(jìn)行判斷是否有效；7、目標(biāo)的輸出；通過RS232將得到的數(shù)據(jù)信息傳送到雷達(dá)的數(shù)據(jù)端上去。

最后輸出的車輛所超越的速度，以及超越速度的大小，通過RS232傳輸?shù)较鄳?yīng)的客戶端上面去。得到相應(yīng)的信息。

核心功能模塊

高性能窄波平板雷達(dá)軟件主要有三個核心模塊：快速傅里葉變換模塊（將IQ兩路信號轉(zhuǎn)換到頻域）、幀內(nèi)目標(biāo)檢測模塊（檢測目標(biāo)，并且進(jìn)行目標(biāo)的相關(guān)操作）、目標(biāo)幀間相關(guān)模塊（通過幾幀抽樣數(shù)據(jù)確定目標(biāo)速度）。

各個模塊工作原理

（1）FFT模塊：即快速傅里葉變換。在雷達(dá)接收模塊中，得到中頻正交的IQ兩路信號。運用

F2812的AD轉(zhuǎn)換模塊，將模擬的兩路正交信號采樣，得到數(shù)字IQ的正交信號。FFT的目的，將IQ兩路的離散時間數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換到對應(yīng)的頻域信號。通過分析頻域信號的一些信息，進(jìn)而分辨出目標(biāo)。FFT模塊是包含于F2812含有的TI庫，對1024個點進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時候，先進(jìn)行排序，采用基2的轉(zhuǎn)換方式，計算的速度比普通的DFT要快上許多。通過FFT的轉(zhuǎn)換，然后計算出1024個點中的噪聲電平。將噪聲電平和FFT計算出的幅值，傳輸?shù)较聜€目標(biāo)模塊中去。

（2） 幀內(nèi)目標(biāo)檢測模塊：該模塊包含三個步驟，首先是對檢測目標(biāo)，通過判決的門限，確定目

標(biāo)的數(shù)目和相應(yīng)的頻率值。然后對目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)，確定兩個距離或者速度接近的目標(biāo)，是否判斷為一個目標(biāo)。最后是計算速度，通過雷達(dá)波的載頻，以及目標(biāo)對應(yīng)的頻率值，計算出各個目標(biāo)的速度值。

（3） 目標(biāo)幀間相關(guān)模塊：對輸入的目標(biāo)，進(jìn)行幀間相關(guān)處理，如果該目標(biāo)與與已有的目標(biāo)相關(guān)，

則更新該目標(biāo)的輸出輸出，否則增加新的目標(biāo)。最后輸出目標(biāo)到目標(biāo)輸出緩沖區(qū)，通過串口發(fā)送目標(biāo)數(shù)據(jù)。

四、結(jié)論語

隨著車輛數(shù)量的不斷增加，交通事故發(fā)生的頻率也越來越高。十次事故九次快，絕大多數(shù)事故的主因都是超速。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)測算，機(jī)動車行駛速度每降一公里，交通事故可以減少3%。如果采用窄波雷達(dá)對車輛進(jìn)行測速監(jiān)控，可以預(yù)防因超速引起的道路交通事故，降低交通事故的發(fā)生概率。雷達(dá)測速儀可以對車速進(jìn)行測量，對超速的車輛，進(jìn)行抓拍或者現(xiàn)場提醒，從而達(dá)到減少交通事故，保障交通安全的目的，為和諧社會的建設(shè)產(chǎn)生有利的保障。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 賈興泉 連續(xù)波雷達(dá)數(shù)據(jù)處理[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉國歲 隨機(jī)信號理論與應(yīng)用[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，1992.