高清雷達測速系統方案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 求。8. 對雷達平均無故障工作時間（MTBF）的估計 通過持續加電工作實驗的積累實驗數據可以容易地估計在室內環境下雷達工作的平均無故障工作時間。這個數據常常只有參考意義。更可信的平均無故障工作時間估計可以通過試用產品的用戶來獲得。一個實例如下：太原市交通管理系統中，從2008年9月下旬起使用本企業定型的測速雷達61只，至今已歷時8個多月，經歷了戶外酷暑、寒冬、雨霧等環境過程，出現故障報告共4次（二例接口故障，二例接收靈敏度下降）。利用這些數據，按行業通用的方法估計出雷達戶外工作條件下的平均無故障工作時間約為90000小時，高于國家相關技術標準要求的12000小時。第五章 雷達測速儀的原理一、雷達測速儀的原理　　雷達為利用無線電回波以探測目標方向和距離的一種裝置。雷達為英文Radar一字之譯音，該字系由Radio Detection And Ranging一語中諸字前綴縮寫而成，為無線電探向與測距之意。全世界開始熟悉雷達是在1940年的不列顛空戰中，七百架載有雷達的英國戰斗機，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機，因而改寫了歷史。二次大戰后，雷達開始有許多和平用途。在天氣預測方面，它能用來偵測暴風雨；在飛機輪船航行安全方面，它可幫助領港人員及機場航管人員更有效地完成他們的任務。 　　雷達工作原理與聲波之反射情形極類似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無線電波，而非聲波。雷達之發射機相當于喊叫聲之聲帶，發出類似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能集中某一方向發射。接收機之作用則與人耳相仿，用以接收雷達發射機所發出電脈沖之回波。 二、測速雷達主要系利用都卜勒效應原理　　測速雷達主要系利用都卜勒效應原理：當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發射機頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發射機率。如此即可借由頻率的改變數值，計算出目標與雷達的相對速度。 　　雷射的英文為Laser，這個字是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一個字母縮寫而成，意思是指，經由激發放射來達到光的放大作用。雷射所激發出來的光，其光子大小與運動方向皆相同，因此每個波束的頻率都相等，再加上它們一束束緊密地排列著，彼此間分毫不差地互相平行，使整個光束發射至極遠處也不會散開來。在一九六二年的實驗中發現，從地球發射的雷射光在經過近四十萬公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片約三公里直徑大小的圓而已！此特性使得雷射在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工與醫學（眼科、牙科、腫瘤）之應用更為廣泛。 三、測速雷射種類　　測速雷射種類于固態雷射中的半導體雷射。雷射測速設備采用紅外線半導體雷射二極管。雷射二極管有幾個特點使它極適合用來量測速度： 　　1. 雷射二極管自微小范圍中發射出極窄的光束，此一狹窄光束才能精確地瞄準目標。 　　2. 雷射二極管以小于十億分之一秒的瞬間切換開關，大大提高精確度。 　　3. 雷射二極管發射率很窄，其偵測器極易接收到精確的波長；因此在日間有強烈陽光時，仍能正常操作。 　　4. 雷射二極管只發射電磁光譜中的紅外線部分；而紅外線系眼睛看不見的，不會影響駕駛人的注意力。 　　雷射測速槍以量測紅外線光波傳送時間來決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標再折返的時間會與距離成正比。以固定間隔發射兩個脈沖，即可測得兩個距離；將此二距離之差除以發射時間間隔即可得到目標的速度。理論上，發射兩次脈沖即可量測速度；實務上，為避免錯誤，一般雷射測速器（槍）在瞬間發射高達七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計算目標速度。第六章 雷達原理雷達就是靠發電磁波，通過接受物體反射的回波，探測目標定位的裝置。發射一穿特定波形的信號。計算每個波形發射返回的時間差。用已知光速，乘以時間除以二就是目標的距離、老式的雷達有兩套掃描發射接收天線。一個水平旋轉，用以確定方向，一個上下磕頭，確定海拔高度。方向準確回波最強。再老一點的雷達，連計算機都沒有。將發生波形。與反射回波波形，投在屏幕上，看兩者波形相位角大小。利用事先確定的常數標尺估算距離。也就是二戰計算機發明以前的雷達。我們常常看見戰斗影片中有雷達有一個屏幕，由兩個波浪曲線組成，就是這個。而原型掃描屏幕，是信號經過再處理生成的屏幕。 計算機發明以后，這種雷達已經淘汰，或改做氣象雷達了。第二代雷達自然是配備了計算機技術，能夠精確確定目標了，雖然可以探測到多個目標，但是只能跟蹤一個目標。當前世界上主流采用的是第三代雷達。記相控陣雷達，與傳統雷達原理是一樣好的，但它的天線非常多像矩陣一樣。如同昆蟲的復眼，每個天線，只負責掃描一小片區域。接收機也是如此，個單元聯合作戰。通過計算機分析每個單元的信號特征，可精確定位鎖定多個目標進行追蹤（攔截導彈）。不需要像傳統雷達一樣時時刻刻都都要轉動。而且抗干擾能力強，能夠通過雷達特征，一定程度上區分敵我。 相控陣雷達也不是技術頂點，新型的成像雷達，能夠將雷達波聚焦投影在特殊的底片上成像。他的抗干擾能力更強，因為傳統的雷達干擾是在雷達接收天線，只能能表示信號強弱的一維基礎上進行的。而成像以后是平面或立體的圖像，就像我們的眼睛一樣很難被欺騙了。還有激光雷達等等。科學技術永無止境雷達(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。 雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。 為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為：S=CT/2 其中S：目標距離 T：電磁波從雷達到目標的往返傳播時間 C：光速第七章 雷達測速一、概述　　在交通工程上，速度是計量與評估道路績效和交通狀況的基本重要數據之一。速度數據的搜集方法有許多種，包括人工測量固定距離行駛時間、壓力皮管法、線圈法、影像處理法、雷達測速法與激光測速法等。其中后兩者屬于攜帶容易而且精確度高的方法，因此廣受采用。 　　超速行車在交通違規中占有極大比例，此一現象可從高速公路過去四年間違規告發項目中，超速案件比例均在三分之二左右看出端倪，而超速行車一直被認為是肇事之重要因素之一；因此從交通執法觀點而言，取締超速系比較具體的維護交通安全之手段。國內取締違規超速一向以雷達測速槍當工具，徑行舉發案件則輔以照相設備；只是近年來，雷達偵測器盛行，價格普及化之后，即使法規明令禁止使用，一般民眾仍趨之若騖，因為其價格只需逃避一至兩次取締的機會即可完全回收成本。以交通工程觀點來看，駕駛人若裝有雷達偵測器，則路邊定點所測得的車速即會因駕駛人感知受測速，誤以為警察人員執行取締而有普遍減速現象；除造成數據失真外，并因而有引起事故之可能。 二、基本原理　　雷達為利用無線電回波以探測目標方向和距離的一種裝置。雷達為英文Radar一字之譯音，該字系由Radio Detection And Ranging一語中諸字前綴縮寫而成，為無線電探向與測距之意。全世界開始熟悉雷達是在1940年的不列顛空戰中，七百架載有雷達的英國戰斗機，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機，因而改寫了歷史。二次大戰后，雷達開始有許多和平用途。在天氣預測方面，它能用來偵測暴風雨；在飛機輪船航行安全方面，它可幫助領港人員及機場航管人員更有效地完成他們的任務。 　　雷達工作原理與聲波之反射情形極類似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無線電波，而非聲波。雷達之發射機相當于喊叫聲之聲帶，發出類似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能集中某一方向發射。接收機之作用則與人耳相仿，用以接收雷達發射機所發出電脈沖之回波。 　　測速雷達主要系利用多普勒效應（Doppler Effect）原理：當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發射機頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發射機率。如此即可借由頻率的改變數值，計算出目標與雷達的相對速度。 　　鐳射的英文為Laser，這個字是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一個字母縮寫而成，意思是指，經由激發放射來達到光的放大作用。鐳射所激發出來的光，其光子大小與運動方向皆相同，因此每個波束的頻率都相等，再加上它們一束束緊密地排列著，彼此間分毫不差地互相平行，使整個光束發射至極遠處也不會散開來。在一九六二年的實驗中發現，從地球發射的激光在經過近四十萬公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片約三公里直徑大小的圓而已！此特性使得激光在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工與醫學（眼科、牙科、腫瘤）之應用更為廣泛。 　　測速激光種類于固態鐳射中的半導體鐳射。激光測速設備采用紅外線半導體激光二極管。激光二極管有幾個特點使它極適合用來量測速度： 　　，此一狹窄光束才能精確地瞄準目標。 　　，大大提高精確度。 　　，其偵測器極易接收到精確的波長；因此在日間有強烈陽光時，仍能正常操作。 ；而紅外線系眼睛看不見的，不會影響駕駛人的注意力。　激光測速槍以測量紅外線光波傳送時間來決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標再折返的時間會與距離成正比。以固定間隔發射兩個脈沖，即可測得兩個距離；將此二距離之差除以發射時間間隔即可得到目標的速度。理論上，發射兩次脈沖即可量測速度；實務上，為避免錯誤，一般激光測速器（槍）在瞬間發射高達七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，計算目標速度。 三、與雷達之比較　　超速告發最易受到的挑戰即是如何確認違規車輛，例如在多車道公路上兩車以上并行時，警員以雷達測得超速現象卻無法明確認定哪一部車輛違規。原因在于雷達波發射錐角度約在十至二十度間，而激光發射錐角度只有不到十分之一度；因此以激光測速可以明確認定受測目標據以告發。激光的狹窄光束使得兩車被同時偵測到的機會等于零；對于市面上普遍銷售之雷達偵測器（或稱超速偵測器）不啻一大克星。 　　雷達與激光之最遠測速距離均在二千多英尺，可以加強設備發射功率而增長，只是并不具實際效益。雷達測速器需經常用固定頻率的音叉加以校正，而激光測速器則無此必要。另一重要差別在測速的時間，以雷達測速約高要二至三秒鐘，而使用激光則只需要約零點三秒。按此操作速度，廠商甚至開發出配合激光測速器的照相機以不到一秒的間隔連續記錄違規超速車輛。 　　激光測速槍的缺點是無法于移動狀態下使用；如裝于警車上或由坐在行進車輛上乘員持用，均無法正常操作。至于成本方面，Ｋ頻雷達測速槍每具時價約新臺幣10萬元，激光測速槍每具約新臺幣30萬元。 四、結語由于激光束狹窄具有正確認定目標的特點，許多文獻指出其甚至可以用來測量行人步行或跑步速度；對國內為數眾多之機車速度量測更是變成可行而且簡易。作者曾利用LTI2020激光測速槍對行人、單車與機車目標進行量測，均能迅速獲得速度（公里／小時）與距離（十分之一公尺）的滿意數據。配備激光測速槍的美國警方更利用其精確且快捷的測距功能，將其用在交通事故與刑案現場圖關鍵點的測繪。國內交通警察單位已多次進行激光測速的測試，部份單位也已完成采購。民眾不可自恃裝有超速偵測器而恣意飚車，危害公眾與自身安全。第八章 流動測速雷達解決方案一、流動測速雷達工作原理 　　（1）磁感應檢測器（多為埋設式檢測系統） 　　 環形線圈檢測器是傳統的交通檢測器，是目前世界上用量最大的一種檢測設備。車輛通過埋設在路面下的環形線圈，引起線圈磁場的變化，檢測器據此計算出車輛的流量、速度、時間占有率和長度等交通參數，并上傳給中央控制系統，以滿足交通控制系統的需要。此種方法技術成熟，易于掌握，并有成本較低的優點。 　　這種方法也有以下缺點：a. 線圈在安裝或維護時必須直接埋入車道，這樣交通會暫時受到阻礙。b. 埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損，尤其是在有信號控制的十字路口，車輛啟動或者制動時損壞可能會更加嚴重。c. 感應線圈易受冰凍、路基下沉、鹽堿等自然環境的影響。d. 感應線圈由于自身的測量原理所限制，當車流擁堵，車間距小于3m的時候，其檢測精度大幅度降低，甚至無法檢測。 　　（2）波頻車輛檢測器（多為懸掛式檢測系統） 　　 波頻車輛檢測器是以微波、超聲波和紅外線等對車輛發射電磁波產生感應的檢測器，這里主要介紹微波檢測器（RKITOZER），它是一種價格低、性能優越的交通檢測器，可廣泛應用于城市道路和高速公路的交通信息檢測。 　　RKITOZER的工作方式是：采用側掛式，在扇形區域內發射連續的低功率調制微波，并在路面上留下一條長長的投影。RKITOZER以2米為一“層”，將投影分割為32層。用戶可將檢測區域定義為一層或多層。RKITOZER根據被檢測目標返回的回波，測算出目標的交通信息，每隔一段時間通過RS232向控制中心發送。它的車速檢測原理是：根據特定區域的所有車型假定一個固定的車長，通過感應投影區域內的車輛的進入與離開經歷的時間來計算車速。一臺RKITOZER側掛可同時檢測8個車道的車流量、道路占有率和車速。 　　RKITOZER的測量方式在車型單一，車流穩定，車速分布均勻的道路上準確度較高，但是在車流擁堵以及大型車較多、車型分布不均勻的路段，由于遮擋，測量精度會受到比較大的影響。另外，微波檢測器要求離最近車道有3m的空間，如要檢測8車道，離最近車道也需要79m的距離而且安裝高度達到要求。因此，在橋梁、立交、高架路的安裝會受到限制，安裝困難，價格也比較昂貴。 　　（3）視頻檢測器 　　 視頻檢測器是通過視頻攝像機作傳感器，在視頻范圍內設置虛擬線圈，即檢測區，車輛進入檢測區時使背景灰度值發生變化，從而得知車輛的存在，并以此檢測車輛的流量和速度。檢測器可安裝在車道的上方和側面，與傳統的交通信息采集技術相比，交通視頻檢測技術可提供現場的視頻圖像，可根據需要移動檢測線圈，有著直觀可靠，安裝調試維護方便，價格便宜等優點，缺點是容易受惡劣天氣、燈光、陰影等環境因素的影響，汽車的動態陰影也會帶來干擾。