聯(lián)網(wǎng)高速公路是如何測速的？微波雷達(dá)大有用處

前幾日聽聞一個“不幸”的消息，8 月 1 日起江蘇聯(lián)網(wǎng)高速公路全路網(wǎng)啟用區(qū)間測速！?對于我這種常年散養(yǎng)的外放一族來講又得小心了。

那么測速到底是怎么實現(xiàn)的？今天我們就來巴拉巴拉。

測速點除了常見的“爆閃燈”之外，旁邊還有一個微波雷達(dá)。

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雷達(dá)產(chǎn)生的是連續(xù)波信號不間斷的覆蓋掃描區(qū)域。凡是通過檢測線的車輛，其反射波也被檢測到，于是就立即計算出車輛的速度了。為了增加檢測的準(zhǔn)確性，有的還在馬路下面埋設(shè)環(huán)形線圈，比如大多數(shù)的十字路口，車輛通過會引起線圈磁場的電感量變化，并上傳給控制系統(tǒng)，以此滿足對車輛的準(zhǔn)確檢測需要。能夠全天候地精確地檢測公路上的車輛行駛狀況，車輛類型，是拖車還是大貨車。

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那么它具體是如何工作的呢？這里就先要簡單說下雷達(dá)的工作原理了。雷達(dá)是利用發(fā)射波和反射波之間的關(guān)系去探測物體的。雷達(dá)所用的波可以是聲波、超聲波、電磁波（包括微波）、紅外波等，雖然所有的波都可以用于雷達(dá)技術(shù)，但要根據(jù)不同的檢測目的和檢測對象去選擇不同的波。微波是一種電磁波，微波用于雷達(dá)技術(shù)是發(fā)揮微波特性的重要應(yīng)用之一。微波雷達(dá)的檢測應(yīng)用有很多，有用于檢測物體的距離和速度的，有用于定位的，有用于檢測云層氣象的，有用于探測地下結(jié)構(gòu)的等等。

雷達(dá)技術(shù)用在汽車上比較常見的是防撞雷達(dá)。汽車防撞毫米波雷達(dá)防碰撞系統(tǒng)是以雷達(dá)測距、測速為基礎(chǔ)的。防撞雷達(dá)系統(tǒng)實時監(jiān)測車輛的前方，當(dāng)有危險目標(biāo)（如行駛前方停止或慢行的車輛）出現(xiàn)，雷達(dá)系統(tǒng)提前向司機(jī)發(fā)出報警，使司機(jī)及時做出反應(yīng)，同時雷達(dá)輸出信號到達(dá)汽車控制系統(tǒng)，根據(jù)情況進(jìn)行自動剎車或減速。比如人站著不動，火車響著汽笛從遠(yuǎn)處開過來，你會感到汽笛的音調(diào)越來越高，也就是汽笛聲音的頻率越來越高，當(dāng)火車響著汽笛遠(yuǎn)離而去時，你會發(fā)現(xiàn)汽笛的音調(diào)會由高變低，也就是汽笛聲音的頻率越來越低。

毫米波防撞雷達(dá)系統(tǒng)有調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)和脈沖雷達(dá)兩種。對于脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，當(dāng)目標(biāo)距離很近時，發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時間差非常小，這就要求系統(tǒng)采用高速信號處理技術(shù)，近距離脈沖雷達(dá)系統(tǒng)就變的十分復(fù)雜，成本也大幅上升。因而汽車毫米波雷達(dá)防撞系統(tǒng)常采用結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、適合做近距離探測的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)體制。

調(diào)頻連續(xù)波 FMWC 雷達(dá)優(yōu)點：?

? 因為使用更低功率，比脈沖雷達(dá) 價格低。?

? 僅 1 個周期的發(fā)射信號就可以獲得目標(biāo)物的速度與距離。?

? 探測精度完全依賴于發(fā)射性能。?

汽車毫米波雷達(dá)頻段：

? 79 GHz Sensors: BSD, PDS?

? 77 GHz Sensors: ACC, CM?

? 24 GHz Sensors: CM, BSD?

24/26 GHz 頻段主要用于?(車輛間距確認(rèn)等)?，而 77/79 GHz 頻段更重點用于（人與物體）的距離確認(rèn)。?

24 GHz 窄帶雷達(dá)頻率：-24.05 至 24.25 GHz，OBW：200 MHz，分辨率：1 至 3 m；

24/26 GHz UWB 雷達(dá)，OBW：4.5GHz，分辨率：10 至 15cm；（其中日本是用的 JPN : 22-29G， 24.25-29 GHz）

77GHz 波段雷達(dá)頻率：76GHz～77GHz，OBW：500 MHz 到 1 GHz，分辨率：1 到 2 米。

79 GHz 波段雷達(dá)頻率：77 至 81 GHz，OBW：4GHz，人與物識別。

對比 24/26GHz UWB 與 76GHz 雷達(dá)，79GHz 雷達(dá)具備更高分辨率。

FMCW 汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊和報警模塊或汽車制動裝置。雷達(dá)系統(tǒng)通過天線向外發(fā)射連續(xù)調(diào)頻毫米波信號，并接收目標(biāo)的反射信號。發(fā)射波的頻率隨時間按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。一般調(diào)制信號為三角波信號。反射波與發(fā)射波的頻率相同，只是在時間上有一個延遲△t，△t 與目標(biāo)距離 R 的關(guān)系可表示為：△t=2R/c，其中 c：光速。延遲距離是發(fā)射器和物體距離的兩倍。

發(fā)射信號與反射信號在某一時刻的頻率差即為混頻輸出的中頻信號頻率△f。

根據(jù)三角關(guān)系可得出目標(biāo)距離 R 為：R=△f*[c*T/(4△F)] ，也就是說，目標(biāo)距離與前端輸出的中頻頻率成正比。

FMCW 雷達(dá)測距原理（對于運動目標(biāo)）

如果反射信號來自一個相對運動的目標(biāo)，則反射信號中包括一個由目標(biāo)的相對運動所引起的多譜勒頻移 fd。

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在三角波的上升沿和下降沿輸出中頻頻率可分別表示為：

fb+=△f-fd

fb-=△f+fd

其中 f：目標(biāo)相對靜止時的中頻頻率；fd：多譜勒頻移，其符號與目標(biāo)相對運動的方向有關(guān)。根據(jù)多譜勒原理，目標(biāo)的相對運動速度 v 為：

v=(fb- - fb+)*c/(4*f0)

=λ(fb- - fb+)（5）

式中 f0：發(fā)射波中心頻率：發(fā)射波波長。

速度 v 的符號與目標(biāo)相對運動的方向有關(guān)，目標(biāo)靠近時 v 為正值，反之 v 為負(fù)。三角波上升沿和下降沿的中頻信號頻率由 DSP 進(jìn)行 FFT 變換得到。?

現(xiàn)在我們知道了雷達(dá)測速的基本原理是通過發(fā)射電磁波與接收電磁波的時間差來計算相對距離，同時是通過電磁波的照射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，那么問題來了，腦洞一下：如果殲 -20 低空飛過測速點，能測到速度嗎？? 0)^_^(0