雷達(dá)測(cè)速原理簡(jiǎn)介及系統(tǒng)應(yīng)用

1、測(cè)速雷達(dá)原理雷達(dá)原理簡(jiǎn)介首先，大家必須先了解雷達(dá)的基本原理，因?yàn)槔走_(dá)仍是當(dāng)前用來檢測(cè)移動(dòng)物體最普遍的方法。雷達(dá)英文為radar，是radio detection and ranging的縮寫。所有利用雷達(dá)波來檢測(cè)移動(dòng)物體速度的原理，其理論基礎(chǔ)皆源自于多普勒效應(yīng)，其應(yīng)該也是一般常見的多普勒雷達(dá)(doppler radar)，此原理是在19世紀(jì)一位澳地利物理學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，后來世人為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，就以他的名字來為該原理命名。 多普勒的理論基礎(chǔ)為時(shí)間。波是由頻率及振幅所構(gòu)成，而無線電波是隨著波而前進(jìn)的。當(dāng)無線電波在行進(jìn)的過程中，碰到物體時(shí)，該無線電波會(huì)被反彈，而且其反彈回來的波，其頻率及振幅

2、都會(huì)隨著所碰到的物體的移動(dòng)狀態(tài)而改變。若無線電波所碰到的物體是固定不動(dòng)的，那么所反彈回來的無線電波其頻率是不會(huì)改變的。然而，若物體是朝著無線電線發(fā)射的方向前進(jìn)時(shí)，此時(shí)所反彈回來的無線電波會(huì)被壓縮，因此該電波的率頻會(huì)隨之增加；反之，若物體是朝著遠(yuǎn)離無線電波方向行進(jìn)時(shí)，則反彈回來的無線電波，其頻率則會(huì)隨之減小。下圖為多普勒雷達(dá)(doppler radar)的基本原理圖標(biāo)： cs r-28測(cè)速雷達(dá)所應(yīng)用的原理，就是可以檢測(cè)到發(fā)射出去的無線電波，與遇到運(yùn)動(dòng)物體反彈回來的無線電波其間的頻率變化及i通道和q通道的相位變化。由頻率的變化，依特定的比例關(guān)系，而計(jì)算出該波所碰撞到物體的速度。由i通道和q通道之間

3、的相位關(guān)系，計(jì)算判斷運(yùn)動(dòng)物體是朝著無線電波的方向前進(jìn)或朝其反方向前進(jìn)。fd =2vr ftc根據(jù)多普勒原理，由于雷達(dá)發(fā)射和接受共用一個(gè)天線，且運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向與天線法線方向相一致，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻率fd符合下列關(guān)系式。 (1) vr =fd c2ft將（1）式變?yōu)?（2）其中vr為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度；c為電磁波在空氣中的傳播速度，是一個(gè)常數(shù)；ft為雷達(dá)的發(fā)射頻率，是一個(gè)已知量；fd為測(cè)量到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的多普勒頻率，其測(cè)量精度由石英晶體振蕩器保證，并由計(jì)算機(jī)處理,進(jìn)行速度換算并送到顯示屏顯示。當(dāng)我們要在車陣中測(cè)量最快車速、最慢車速、和最近車速時(shí)，此時(shí)，雷達(dá)天線所接受到的反射波是三種波形都有，我們

4、通過對(duì)所有的反射波運(yùn)用特定的數(shù)學(xué)模式進(jìn)行計(jì)算，便可得出最快、最慢、和最近車速。同時(shí)，通過對(duì)i及q的相位計(jì)算來判斷來車和去車。我們可通過cs r-28測(cè)速雷達(dá)的鍵盤來選擇需要測(cè)量的速度模式及方向模式。cosine因子這里所說的cosine就是以前大家所學(xué)的數(shù)學(xué)三角函數(shù)，像是sin,cos,tan.，所謂的cosine因子說明如下： 雷達(dá)要正常地發(fā)揮測(cè)速功能，該雷達(dá)必須與被測(cè)車輛同一路徑。 就如同移動(dòng)電子警察測(cè)速照相系統(tǒng)一般，若雷達(dá)置放的位置與車輛行經(jīng)的路徑有一個(gè)角度，并不平行的話，則雷達(dá)所檢測(cè)到的速度將比實(shí)際上來的慢，測(cè)到的速度為車輛的實(shí)際速度在x方向上的投影。而所減低的速度將正比于偏斜的角度取

5、cosine值，簡(jiǎn)單地說，就是偏斜的角度越大的話，檢測(cè)到的速度將比實(shí)際速度低的越多。例如測(cè)速雷達(dá)置放的位置與車輛路徑呈20度的夾角，雖然當(dāng)時(shí)車子實(shí)際速度為105公里/小時(shí)，但被檢測(cè)到的時(shí)速應(yīng)為105xcos(20)=98.67公里/小時(shí)，本來應(yīng)是超速的，但在雷達(dá)上檢測(cè)到的速度就出現(xiàn)誤差。 移動(dòng)電子警察這類的測(cè)速照相系統(tǒng)也會(huì)考慮到cosine，所以會(huì)添加一些補(bǔ)償電路，來修正這樣的誤差，不過因?yàn)槊看沃梅诺慕嵌榷疾煌虼嗽谘a(bǔ)償誤差時(shí)，必須經(jīng)過正確的設(shè)置才行，該設(shè)置值必須經(jīng)過原廠的調(diào)校才能有較精準(zhǔn)的表現(xiàn)。 因此可以得到一個(gè)結(jié)論cosine因子永遠(yuǎn)都是偏袒駕駛?cè)说臏y(cè)速地點(diǎn)的選擇既然大家已經(jīng)了解雷達(dá)測(cè)速

6、的基本原理，其實(shí)是由車輛所反射回來的電波來計(jì)算車速，那么在道路上一些不會(huì)動(dòng)的物體，如路標(biāo)、路燈等，會(huì)不會(huì)影響雷達(dá)波的反射呢？由于路標(biāo)、路燈等物體的體積都很小，尚不會(huì)對(duì)雷達(dá)電波生成太多的影響，但如果是一些較大的物體，如建筑物、停在路旁的大卡車，或是高速公路上一些路段的大型路標(biāo)、廣告板等，這些物體就一定會(huì)影響到雷達(dá)電波的反射，也就是說即使路上沒有車輛經(jīng)過，警方所使用的測(cè)速雷達(dá)還是會(huì)檢測(cè)到一些數(shù)據(jù)，只是這些數(shù)據(jù)可能速度都是0而已。不過大家也不要以為在路上看到大型路標(biāo)時(shí)就可以盡情超速了，因?yàn)橐坏┸囕v位置超過了路標(biāo)，而離雷達(dá)波越近的物體所反射的雷達(dá)波會(huì)越強(qiáng)，此時(shí)您還是會(huì)被檢測(cè)到超速的。 然而，在大多數(shù)雷

7、達(dá)使用手冊(cè)中，很明確地指出理想的測(cè)速照相地點(diǎn)，應(yīng)該位于空曠無阻礙且沒有大型反射物的道路上；在開始測(cè)速之前，選擇地點(diǎn)是相當(dāng)重要的；操作員在開始前，必須在車流前，選擇一視線良好的位置，該視線上不能有如公車候車坪、大型路標(biāo)、金屬柵欄、防撞護(hù)欄等物體。 校正與測(cè)試警方在每次使用測(cè)速雷達(dá)開始及退出時(shí)，都必須先用音叉校準(zhǔn)及測(cè)試，而且這些動(dòng)作都必須紀(jì)錄下來，以確保測(cè)得的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，校正后的誤差必須在1公里/小時(shí)以內(nèi)。巡邏測(cè)速方式注意點(diǎn) 巡邏方式測(cè)量時(shí)，巡邏車速來自地面的雷達(dá)回波,由于路面情況、車輛的密度各不相同，再加上巡邏車本身的搖晃、跳動(dòng)都會(huì)對(duì)測(cè)速帶來影響。因此，注意下述諸點(diǎn)，才能得到準(zhǔn)確、可靠的速度值

8、。1、巡邏方式時(shí)，目標(biāo)車的速度是巡邏車自身車速與目標(biāo)車速之間的速度差或和。所以為了使示值更加準(zhǔn)確，務(wù)必保持巡邏車本身的盡可能恒速。2、當(dāng)同向測(cè)速時(shí)，巡邏車本身的速度非常重要。建議巡邏車本身的速度至少小于被測(cè)目標(biāo)車速10km/h，否則將不會(huì)顯示目標(biāo)速度。3、陰影效應(yīng)巡邏方式測(cè)量時(shí)，巡邏車速由來自地面反射的雷達(dá)回波而測(cè)量出來的,當(dāng)前方同向車輛較多，同時(shí)目標(biāo)車速與巡邏車速相差無幾，此時(shí)若巡邏車與目標(biāo)車距離很近，同向行駛的目標(biāo)車輛的微波反射強(qiáng)度會(huì)取代地面反射的微波，而使得雷達(dá)難以準(zhǔn)確識(shí)別巡邏車速，此時(shí)，巡邏車速有可能丟失，而造成測(cè)量錯(cuò)誤。因此，建議巡邏車與目標(biāo)車保持一定的距離。4a)雷達(dá)波不能穿過大部

9、分固態(tài)的物體，當(dāng)警車行駛中遇到坡度較大的路面、橋洞、隧道時(shí)，可能因較強(qiáng)的反射而影響測(cè)量。在以上情況時(shí)建議不進(jìn)行測(cè)量。使用時(shí)需保證雷達(dá)與目標(biāo)之間沒有障礙。b)玻璃也可反射雷達(dá)波，因此當(dāng)雷達(dá)通過巡邏車玻璃進(jìn)行發(fā)射時(shí)，測(cè)量距離會(huì)縮短。c)當(dāng)警車行駛在高速公路時(shí)，可能會(huì)遇到高的等間距的擋光扳，此種擋光扳就像電風(fēng)扇的葉片一樣，將對(duì)測(cè)速產(chǎn)生影響。其他環(huán)境對(duì)雷達(dá)測(cè)速的影響1雨、雪 雨、雪能吸收和分散雷達(dá)信號(hào)，這將造成測(cè)量距離的縮短，同時(shí)有可能獲得的速度讀數(shù)為雨滴的速度。2電子噪音 電子噪音干擾源有霓紅燈信號(hào)，無線電波信號(hào)，電源線，變壓器等。這些干擾將使測(cè)量距離縮短，并造成讀數(shù)錯(cuò)誤。3汽車點(diǎn)火噪音 一輛噪音非

10、常大的汽車的電子系統(tǒng)將會(huì)造成雷達(dá)的操作不穩(wěn)定。如果存在這種情況，建議從汽車電池到點(diǎn)煙器之間更換成雙芯帶屏蔽的電源線。4風(fēng)及風(fēng)扇噪音 a)當(dāng)遇到大風(fēng)天氣，風(fēng)使樹葉的晃動(dòng)幅度加大，或大風(fēng)使樹干和其他物體產(chǎn)生風(fēng)哨效應(yīng)，這些都可能會(huì)被雷達(dá)測(cè)到，因此，建議在大風(fēng)天氣時(shí)，不進(jìn)行測(cè)量。b)當(dāng)雷達(dá)從巡邏車內(nèi)進(jìn)行發(fā)射時(shí)，風(fēng)扇噪音是最常見的多普勒雷達(dá)遇到的問題。因?yàn)槔走_(dá)的靈敏度非常高，有極小部分的雷達(dá)波通過玻璃反射到車內(nèi)，它們將會(huì)捕捉到風(fēng)扇的噪音，從而使雷達(dá)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤。5. 雙重反射引起的錯(cuò)誤由于雷達(dá)波極易產(chǎn)生反射，所以 雷達(dá)波有時(shí)會(huì)被某些車輛反射到其它車輛上，從而導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。6. 路標(biāo)引起的錯(cuò)誤路邊的指示

11、牌也是產(chǎn)生錯(cuò)誤的因素之一。它會(huì)將雷達(dá)波反射到巡邏車后面，導(dǎo)致測(cè)量到的速度不在是目標(biāo)車的速度，而是巡邏車后的車速。7. 無線電干擾引起的錯(cuò)誤當(dāng)使用雷達(dá)測(cè)速時(shí)，如果周圍有無線電波，會(huì)使雷達(dá)受到干擾，導(dǎo)致目標(biāo)車的讀數(shù)不穩(wěn)定。所以在使用雷達(dá)時(shí)，要盡量避開無線電波的干擾。如果雷達(dá)天線安裝適當(dāng)，并注意使用環(huán)境，上述問題將不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。因多普勒雷達(dá)能偵測(cè)到移動(dòng)的和顫動(dòng)的物體，所以對(duì)于車內(nèi)移動(dòng)的和顫動(dòng)的物體它都能測(cè)量到，比如風(fēng)扇或顫動(dòng)的儀表面板。風(fēng)扇干擾可通過改變風(fēng)扇速度和出風(fēng)口方向來消除。大部分風(fēng)扇產(chǎn)生的速度是50公里/小時(shí)或更小。因此，通常在靜態(tài)測(cè)量或巡邏車速度小于50公里/小時(shí)風(fēng)扇噪音才可能對(duì)雷達(dá)

12、測(cè)量速度產(chǎn)生影響。雷達(dá)在系統(tǒng)中的使用技巧雷達(dá)測(cè)速抓拍系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是測(cè)速雷達(dá)。因此，測(cè)速雷達(dá)的合理使用是系統(tǒng)能否達(dá)到最佳抓拍效果的重要因素。1靜態(tài)抓拍時(shí)雷達(dá)的設(shè)置：a)“范圍”在出廠時(shí)已設(shè)置為0（1只指示燈）。建議在正常環(huán)境下使用出廠設(shè)置。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)可適當(dāng)提高范圍，以能正常測(cè)速為標(biāo)準(zhǔn)。如下雨天或霧天可提高范圍到2或3。b)“速度模式”在出廠時(shí)已設(shè)置為最近模式。除特殊測(cè)速要求，一般不建議修改。2 動(dòng)態(tài)抓拍時(shí)雷達(dá)的設(shè)置動(dòng)態(tài)抓拍時(shí) 請(qǐng)按雷達(dá)控制器上的“本車模式”鍵，使本車模式指示燈點(diǎn)亮。其它設(shè)置與靜態(tài)抓拍時(shí)雷達(dá)的設(shè)置一樣。3動(dòng)態(tài)抓拍注意事項(xiàng)：a) 使巡邏車保持在3080km/h之間，為了測(cè)速準(zhǔn)

13、確，請(qǐng)盡量保持本車恒速和直線行駛。b) 車速在上述范圍并恒速后，按雷達(dá)控制器面板上的“本車模式”鍵，面板上“本車指示燈”點(diǎn)亮，同時(shí)，面板右邊的“巡邏速度”顯示窗口顯示當(dāng)前本車速度。c) “陰影效應(yīng)”的存在，巡邏車速示值可能會(huì)不正常（詳細(xì)介紹參閱雷達(dá)使用說明書的有關(guān)章節(jié)）。為保證巡邏車速的正常，可將雷達(dá)天線向下偏5度左右，以增強(qiáng)地面反射波，減小“陰影效應(yīng)”的影響。d) 巡邏狀態(tài)的使用和靜止?fàn)顟B(tài)的使用有著較大的區(qū)別，雷達(dá)需要識(shí)別地面回波和目標(biāo)回波，只有兩者都比較穩(wěn)定，巡邏車速和目標(biāo)車速才會(huì)準(zhǔn)確。雖然本雷達(dá)采用了先進(jìn)的信號(hào)處理方法，但是，由于雷達(dá)原理上的因素，道路上的路況有時(shí)非常復(fù)雜，在路面坑洼不平

14、，汽車顛簸、多輛車交錯(cuò)在一起時(shí)，雷達(dá)信號(hào)就會(huì)不穩(wěn)定，會(huì)引起本車速度丟失而導(dǎo)致目標(biāo)車速不準(zhǔn)確。因此，建議在高速公路或等級(jí)較高的道路上使用動(dòng)態(tài)抓拍。e) 雷達(dá)的具體操作及注意事項(xiàng)參見 cs r-28測(cè)速雷達(dá)使用說明書。4雷達(dá)測(cè)速的示值誤差 由雷達(dá)測(cè)速原理可知，當(dāng)雷達(dá)波發(fā)射的方向與車輛行進(jìn)的方向成一定角度時(shí)，雷達(dá)測(cè)得的速度值是車輛的實(shí)際速度在雷達(dá)波發(fā)射方向上的投影。因此，雷達(dá)控制器上顯示的目標(biāo)速度和巡邏速度總是比實(shí)際車速低。詳細(xì)原理可查閱有關(guān)雷達(dá)的資料。根據(jù)國家有關(guān)汽車碼表的標(biāo)準(zhǔn)gb 15082-1999，汽車碼表的示值誤差為： 0v1-v2v2/10+4km/h其中v1為示值速度，v2為實(shí)際速度。

15、因此，汽車碼表的示值應(yīng)比實(shí)際車速高。具體指標(biāo)請(qǐng)查閱國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由上述可知，當(dāng)雷達(dá)波發(fā)射的方向與車輛行進(jìn)的方向成一定角度時(shí)，雷達(dá)測(cè)得的速度值總是低于實(shí)際值。測(cè)速抓拍系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)上述原理，通過廣泛試驗(yàn)，在積累大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)速示值進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男拚?。雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間、照射區(qū)域與測(cè)速抓拍系統(tǒng)的關(guān)系使用測(cè)速雷達(dá)作為速度傳感器的測(cè)速抓拍系統(tǒng)的原理是：當(dāng)雷達(dá)捕獲到道路車輛超速信號(hào)后，馬上啟動(dòng)數(shù)碼相機(jī)拍攝或啟動(dòng)攝像機(jī)圖像捕獲，從而得到違章車輛的號(hào)牌圖像。一 雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間與系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示：與道路成一夾角架設(shè)的攝像機(jī)拍攝范圍是有限的，陰影區(qū)域代表了攝像機(jī)的可視區(qū)域，我們可以看到，靠近攝像機(jī)的車道可視區(qū)域小

16、一些，而遠(yuǎn)離攝像機(jī)的車道可視區(qū)域要大一些（不考慮景深，如果考慮要拍清號(hào)牌，這個(gè)區(qū)域?qū)⒏。?，這就給雷達(dá)所提供的車速的實(shí)時(shí)性提出了要求，如果雷達(dá)提供的實(shí)時(shí)速度值太晚，攝像機(jī)就會(huì)因此拍不到或拍不全超速車輛。圖1 攝像機(jī)視角示意圖攝像機(jī)從系統(tǒng)的角度來說，雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間越短越好，但從雷達(dá)原理上來說，它必須有采樣和計(jì)算分析這兩大過程。各種雷達(dá)由于設(shè)計(jì)不同，在反應(yīng)時(shí)間這一指標(biāo)上就會(huì)有大有小，下面詳細(xì)分析一下這一反應(yīng)時(shí)間對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的具體影響。t3t2t1t0圖3 雷達(dá)波束寬度內(nèi)采樣周期示意圖圖2 雷達(dá)波束示意圖如圖2 雷達(dá)同樣與道路成一夾角架設(shè)，其發(fā)射的雷達(dá)波為有一夾角的連續(xù)波束。每一種雷達(dá)其發(fā)射角度是固定

17、的，有的為6，有的為12。測(cè)速雷達(dá)一般在測(cè)速時(shí)執(zhí)行周而復(fù)始、連續(xù)的測(cè)量動(dòng)作，這個(gè)測(cè)量動(dòng)作的時(shí)間大體是固定的，我們稱之為測(cè)量周期，每個(gè)測(cè)量周期又由采樣和計(jì)算分析兩個(gè)階段組成，圖3為放大的波束內(nèi)部的雷達(dá)采樣周期和位置之間的關(guān)系圖。每種雷達(dá)的測(cè)量周期是不同的，有的為0.2秒，有的為0.5秒，有的為1秒，雷達(dá)波瓣覆蓋區(qū)域內(nèi)測(cè)量周期的多少直接影響著測(cè)量精度，由于波束的夾角是固定的，所以波束范圍內(nèi)的測(cè)量周期個(gè)數(shù)取決于目標(biāo)車速，車速越高，測(cè)量周期就少；車速越低，分布的測(cè)量周期就越多。圖3假設(shè)在波瓣寬度內(nèi)有兩個(gè)測(cè)量周期t1、t2，白色部分為采樣階段，黑色部分為計(jì)算分析階段，需要注意的是：采樣階段與道路位置的相

18、對(duì)關(guān)系不是固定的，是隨機(jī)的。車輛只有在采樣位置才能被發(fā)現(xiàn)，而雷達(dá)只能在周期結(jié)束時(shí)才能報(bào)告其計(jì)算分析結(jié)果。如果車輛在進(jìn)入t0的黑色區(qū)，而此時(shí)雷達(dá)正處于計(jì)算分析階段，所以在t0周期結(jié)束時(shí)是不會(huì)發(fā)現(xiàn)有車存在的，只有到了t1周期的采樣階段，雷達(dá)才能發(fā)現(xiàn)車輛，并在t1周期結(jié)束時(shí)報(bào)告車輛的速度，由于車輛的速度不同，波瓣寬度內(nèi)能容納的周期個(gè)數(shù)不同，測(cè)試周期周而復(fù)始的循環(huán)，波瓣寬度內(nèi)不可能正好容納整數(shù)個(gè)周期，所以車輛被發(fā)現(xiàn)的位置是變化的。再加上車輛的大小、形狀不同，雷達(dá)反射波的強(qiáng)弱不同，也會(huì)影響車輛的發(fā)現(xiàn)位置，如果車輛反射雷達(dá)波的能力強(qiáng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)得早一些；相反，就會(huì)晚一些。如上所述，車輛進(jìn)入雷達(dá)波覆蓋區(qū)域第一

19、次被發(fā)現(xiàn)的位置是不固定的。隨機(jī)區(qū)域的大小雷達(dá)測(cè)量周期車速假設(shè)雷達(dá)的測(cè)量周期為1秒，車速為150km/h，也就是41.6m/s，隨機(jī)區(qū)域就是41.6m，雷達(dá)第一次報(bào)告速度的位置在整個(gè)41.6m范圍內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)。如果反應(yīng)周期減低為0.2秒，車速同樣也為150km/s，隨機(jī)區(qū)域41.6m0.28.3m。同樣，車速在60km/s時(shí)，對(duì)第一種雷達(dá)：隨機(jī)區(qū)域16.7m；對(duì)第二種雷達(dá)：隨機(jī)區(qū)域3.3m。由于有隨機(jī)區(qū)域的存在，給準(zhǔn)確地抓拍到車輛圖像帶來了困難，一般采用多張圖片連續(xù)拍攝的方法，但是這種方法也是有局限性的，具體描述如下：圖片1圖片2圖片3車輛圖4 1. 拍不到、拍不全 如果用3幅連續(xù)圖片覆蓋隨機(jī)區(qū)域

20、，隨機(jī)區(qū)域較大時(shí)，圖片的間距較大，如圖4所示相當(dāng)多的車輛就會(huì)拍不到牌照。2. 漏拍 雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間長會(huì)造成系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間過長，引起許多車輛漏拍。例如：雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間為1秒，系統(tǒng)抓拍需要1.5秒，系統(tǒng)完成一次抓拍全過程至少需要2.5秒，當(dāng)兩輛同時(shí)超速而且間距以當(dāng)時(shí)車速為2秒的車同時(shí)經(jīng)過時(shí)，系統(tǒng)可能對(duì)第一輛車進(jìn)行了抓拍，也會(huì)由于反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系而漏掉第二輛車。3.雷達(dá)照射區(qū)域的影響覆蓋范圍雷達(dá)波束安裝雷達(dá)的警車波瓣發(fā)射角128m圖5根據(jù)前面的分析，車速越高，雷達(dá)波覆蓋區(qū)域內(nèi)能容納的測(cè)量周期越少，如圖5：如果擴(kuò)大照射區(qū)域增加測(cè)量周期，對(duì)系統(tǒng)將帶來怎樣的結(jié)果呢？假設(shè)監(jiān)測(cè)車停在來去三車道的邊道，測(cè)后面來的車輛，

21、每個(gè)車道寬4m，雷達(dá)波瓣角度為12，雷達(dá)中心沿車道中心左偏20。則：雷達(dá)波在內(nèi)側(cè)超車道的覆蓋區(qū)域8m（ctg14ctg26）16m如果雷達(dá)偏角為=10，覆蓋區(qū)域8m（ctg4ctg16）88m如果雷達(dá)偏角為=15，覆蓋區(qū)域8m（ctg9ctg21）29.6m如果雷達(dá)偏角為=30，覆蓋區(qū)域8m（cty24cty36）7m從中可以看到，偏角越小，覆蓋范圍越大，但是如果偏角過?。ㄈ?0的話），大部分正常間隔行駛的車輛將會(huì)都在雷達(dá)波的覆蓋范圍以內(nèi)，從而無法區(qū)分哪一輛是超速車，所以，缺乏實(shí)用性，雷達(dá)的偏角一般都在15以上。雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間為1秒的話，速度為100km/h，隨機(jī)范圍為28m速度為120km/h

22、，隨機(jī)范圍為33m速度為150km/h，隨機(jī)范圍為41m速度為200km/h，隨機(jī)范圍為55.5m對(duì)比上述數(shù)據(jù)，可以看到，速度為120km/h以上，由于隨機(jī)距離大于雷達(dá)波覆蓋范圍所以就會(huì)有一部分高速車輛雷達(dá)檢測(cè)不到，車速越高，概率越大。4.高、低速不能兼顧，調(diào)整麻煩 如果采用高速、低速分別采用不同的攝像機(jī)偏角，高速車偏角小一些，低速車偏角大一些，來增加對(duì)某一速度段車輛隨機(jī)區(qū)域的圖片覆蓋密度，以提高拍攝成功率。但這樣一來，高、低速不能兼顧，調(diào)整麻煩。普通道路上的高速車很難拍好，高速公路上的特別高速的車輛也無法拍好。5減小偏角形成錯(cuò)拍 雷達(dá)和攝像機(jī)同時(shí)減小偏角，這樣可以緩解一些圖片密度和速度之間的

23、矛盾，但如圖6所示，兩個(gè)車道上有兩輛車在行駛，假設(shè)超車道上有車超速，行車道上的車以正常速度行駛，在白色位置雷達(dá)采樣發(fā)現(xiàn)有車超速，由于需要1秒才能報(bào)告結(jié)果（90公里的車速能行駛25m，120公里能行駛33m；正常行駛60km/h能行駛16.7m，而這些情況是常見的），超速車速度較大的話，就會(huì)跑出攝像機(jī)拍攝區(qū)域，而此時(shí)正常速度行駛的車輛正好進(jìn)入拍攝區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)將正常速度行駛的車輛拍攝下來，形成錯(cuò)拍，引起糾紛。連續(xù)圖片超速目標(biāo)車后續(xù)車圖6攝像機(jī)車行方向注：白色為雷達(dá)采樣時(shí)的位置，黑色為拍攝時(shí)的位置6增大偏角車輛將跑出雷達(dá)波束范圍且雷達(dá)無法 雷達(dá)和攝像機(jī)如果同時(shí)增大偏角時(shí)，雷達(dá)波的覆蓋區(qū)域?qū)⒆冃?，如?/p>

24、所述，來去三車道，每車道為4m寬，偏角為15，覆蓋區(qū)域?yàn)?0m；偏角為20，覆蓋區(qū)域?yàn)?6m；偏角為30，覆蓋區(qū)域?yàn)?m；而參照1秒鐘不同車速行駛的路程表，即使偏角為15，只要車速在90公里以上，在雷達(dá)波覆蓋區(qū)域內(nèi)只能容納1次采樣周期，甚至只有零點(diǎn)幾個(gè)周期，如果正好處在采樣階段車子進(jìn)入波束范圍，雷達(dá)能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；如果在計(jì)算分析階段進(jìn)入，車輛將跑出雷達(dá)波束范圍且雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)，這種情況將會(huì)隨著角度的增大而明顯增多。在上述情況下，雷達(dá)即使發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)，如果攝像機(jī)的偏角較大，1秒以后車輛將跑出拍攝區(qū)域，這時(shí)如果有別的車輛進(jìn)入拍攝區(qū)域，將會(huì)引起錯(cuò)拍。如果攝像機(jī)的偏角較小的話，雷達(dá)報(bào)告車速時(shí)可能超速車輛還未進(jìn)

25、入拍攝區(qū)域，這時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行抓拍，會(huì)把前面正常行駛的車輛拍攝下來，造成超速和正常行駛的車輛同時(shí)拍攝下來，無法分辨。如果把反應(yīng)時(shí)間減低為0.2秒或者更小，就會(huì)大大降低隨機(jī)區(qū)域，從而從根本上克服或減少兩者之間的矛盾，大大提高成功率和準(zhǔn)確率，使執(zhí)法工作更準(zhǔn)確、更有效。綜上所述，雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間和雷達(dá)照射區(qū)域是一個(gè)客觀存在的因素，它直接影響著自動(dòng)抓拍的捕獲率。系統(tǒng)的角度來說雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間越短越好，雷達(dá)照射區(qū)域越小越好。同時(shí)，反應(yīng)時(shí)間和照射區(qū)域又是相互關(guān)聯(lián)的，即照射區(qū)域越小，車輛在照射區(qū)域滯留的時(shí)間越短，要求雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間越快。根據(jù)目前的技術(shù)條件，要大幅度地提高這兩項(xiàng)指標(biāo)存在一定的難度。cs r-28測(cè)速雷達(dá)靜

26、態(tài)測(cè)量時(shí)反應(yīng)時(shí)間不大于0.16秒，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)反應(yīng)時(shí)間不大于0.18秒。 因此，cs r-28測(cè)速雷達(dá)在應(yīng)用到系統(tǒng)中時(shí)已采取了一系列的技術(shù)措施。首先，通過對(duì)作用距離有效的控制，使得在雷達(dá)波瓣角度不變的情況下，有效地控制漏拍現(xiàn)象。當(dāng)車輛按照交通規(guī)則保持正常車距行駛時(shí)，雷達(dá)測(cè)速的正確度較高。其次，通過對(duì)mcu技術(shù)的深入研究，同時(shí)進(jìn)一步對(duì)軟件的優(yōu)化，使雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間得到了提升。cs r-28測(cè)速雷達(dá)已能滿足測(cè)速抓拍系統(tǒng)的要求。雷達(dá)常見故障及解決方法故障現(xiàn)象：靜態(tài)測(cè)量時(shí)雷達(dá)控制器目標(biāo)窗口無速度顯示，用音叉校驗(yàn)也無顯示；原 因：雷達(dá)天線信號(hào)未送達(dá)雷達(dá)控制器；解決方法：檢查雷達(dá)天線與雷達(dá)控制器的連接電纜插頭

27、是否松動(dòng)；原 因：電源電壓不穩(wěn)或低；解決方法：用萬永表檢查電源電壓是否符合要求；在車載使用時(shí)可先加幾腳油門，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，以提高充電電壓，如果此時(shí)目標(biāo)窗口速度顯示正常，則可判斷因汽車電平電壓低或線路接觸電阻大而造成工作不穩(wěn)定。原 因：雷達(dá)天線或雷達(dá)控制器內(nèi)部器件損壞；解決方法：送廠家維修；雷達(dá)測(cè)速抓拍系統(tǒng)探討在雷達(dá)測(cè)速抓拍系統(tǒng)中，如何用ccd攝像機(jī)獲取高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像是決定方案論證及系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。文中對(duì)電子快門速度和成像的關(guān)系及用普通攝像機(jī)捕捉高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)可能產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析并提出選用非標(biāo)攝像象機(jī)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)主要方面。 關(guān)鍵詞：ccd攝像機(jī) 物像關(guān)系 電子快門 逐行掃描 幀頻

28、率1 引言 近幾年，國家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投資日益加大，公路建設(shè)更是水漲船高?，F(xiàn)代化交通監(jiān)理的需求越來越迫切。公安部已提出：科技強(qiáng)警，向科技要警力。超速抓拍系統(tǒng)正在這種形勢(shì)下提出的。 超速抓拍系統(tǒng)實(shí)際上是一種智能化交通監(jiān)理系統(tǒng)its（intelligenttransportation systems）.受測(cè)速雷達(dá)觸發(fā)，ccd攝像機(jī)將超速行駛的目標(biāo)抓拍下來，然后通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將模擬圖像數(shù)字化，并送pc機(jī)進(jìn)行圖像信號(hào)處理，壓縮后經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)主機(jī)進(jìn)行交互。提供監(jiān)理部門執(zhí)法依據(jù)。 在此系統(tǒng)中，由于抓拍目標(biāo)是高速運(yùn)動(dòng)的，一般在80km/h以上，有的甚至達(dá)到180km/h。因此，如何用ccd攝像機(jī)完成對(duì)高速

29、目標(biāo)的清晰捕捉是首先應(yīng)解決的關(guān)鍵問題。2 ccd攝像機(jī)的原理21 ccd攝像機(jī)概述 ccd攝像機(jī)是一種固體攝像機(jī)。ccd是電荷偶合型光電轉(zhuǎn)換器件，用集成電路工藝制成。它以電荷包的形式儲(chǔ)存和傳送信息。主要由光敏單元、輸入結(jié)構(gòu)、和輸出結(jié)構(gòu)等部分組成。 ccd有面陣和線陣之分。光敏元排成一行的稱為線陣ccd，面陣型ccd器件的像元排列為一個(gè)平面，它包含若干行和列的結(jié)合。本文所介紹之?dāng)z像機(jī)為面陣型。22 ccd攝像機(jī)原理 根據(jù)轉(zhuǎn)移和讀出的結(jié)構(gòu)方式不同，有不同類型的面陣攝像機(jī)。常見的類型有兩種：幀轉(zhuǎn)移型ft（frame transfer）和行間轉(zhuǎn)移型ilt（interline transfer）。這兩種

30、類型的攝像機(jī)的工作原理基本相同。下面以敏通公司mtv-1301型黑白行間轉(zhuǎn)移型攝像機(jī)為例來介紹其原理。 mtv-1301型ccd攝像機(jī)包含四部分：ccd光電傳感器、ccd傳感器驅(qū)動(dòng)器、圖像處理板、供電電源。ccd傳感器是一個(gè)由542582個(gè)光敏二極管構(gòu)成的光電傳感器陣列。其結(jié)構(gòu)為行間轉(zhuǎn)移型。這種器件光敏面積大，靶面利用率高。當(dāng)景物的光學(xué)圖像，經(jīng)由攝像物鏡投射到這個(gè)陣列上時(shí)，由于各光敏二極管受光的強(qiáng)弱不同而感生出不同量的光電荷。這些感生電荷，經(jīng)過一定時(shí)間（一場(chǎng)）的積累，在轉(zhuǎn)移柵的控制下，水平地移送到與像元對(duì)應(yīng)的設(shè)置在光敏元旁邊的垂直移位寄存器中，而后又在行轉(zhuǎn)移脈沖的控制下，將電荷移送到水平移位寄

31、存器，并由水平移位時(shí)鐘控制依次向輸出端轉(zhuǎn)移，最后由輸出電路輸出視頻信號(hào)。由ccd傳感器輸出的視頻信號(hào)已具有較大幅度（0.5v以上），經(jīng)由處理電路進(jìn)行處理（包括自動(dòng)增益控制、校正、同步信號(hào)混合、功率放大等），在終端得到全電視信號(hào)輸出。3 高速目標(biāo)圖像的獲取31 靜態(tài)目標(biāo)圖像的獲取 根據(jù)光學(xué)理論，畫出理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系，如圖3.1所示。 其中：l表示物點(diǎn)a到物方主點(diǎn)h的距離，稱為物距。 l表示像點(diǎn)a到像方主點(diǎn)h的距離，稱為像距。 f表示物方焦距。 f表示像方焦距。 圖3.1假定光線的傳播方向自左向右為正向光路，則從h點(diǎn)到a點(diǎn)或由h到a點(diǎn)的方向與光線傳播方向一致則為正，反之則為負(fù)。在圖3.1中，

32、l為負(fù)，l為正。原點(diǎn)取在物距和像距相應(yīng)的主點(diǎn)。從而有如下的物像關(guān)系式： f/l+f/l=1 （3.1.1） 當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于同一介質(zhì)（如空氣）中，則f=-f，從而（3.1.1）變?yōu)椋?1/l-1/l=1/f （3.1.2） 此公式就是高斯公式。表示了以主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的物像關(guān)系。 由高斯公式不難看出，當(dāng)被攝目標(biāo)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，ccd攝像機(jī)的分辨率只要足夠高，就應(yīng)該能攝到此分辨率基礎(chǔ)上的清晰圖像（因?yàn)椋扒逦笔桥c分辨率緊密聯(lián)系在一起的）。也就是說，目標(biāo)只要是在大于兩倍鏡頭焦距的位置范圍，而鏡頭的變焦范圍足夠的大且連續(xù)，那么，在成像位置和大小一定的情況下（因?yàn)椋琧cd的成像靶面大小固定），并且，其他

33、的光學(xué)條件都滿足時(shí)，理論上講任意遠(yuǎn)的物體都應(yīng)該能清晰地成像（這也就是為什么有的天文望遠(yuǎn)鏡的鏡頭長達(dá)數(shù)米的原因，它可提供足夠大的變焦范圍）。當(dāng)然，當(dāng)ccd攝像機(jī)的像素?cái)?shù)目一定時(shí)，其成像的清晰度則主要受ccd像素?cái)?shù)目的限制。 也就是說，當(dāng)成像大小和位置一定的情況下，對(duì)于任意物距都只有唯一的一個(gè)焦距與其對(duì)應(yīng)從而得到清晰的圖像。物距變化時(shí)焦距必須變化圖像才可能清晰。反之，物距不斷地或大或小地變化，而焦距不變，那么光學(xué)系統(tǒng)所成圖像將肯定是模糊的。模糊的概念就是分辨率不夠高，即分不清圖像的細(xì)節(jié)，相反清晰就是分辨率高能看到圖像更多的細(xì)節(jié)！這也正是傻瓜像機(jī)不能照出很清晰照片的原因。因?yàn)樗慕咕嗍枪潭ú蛔兊?。?dāng)

34、然，它有一個(gè)最佳點(diǎn)來得到清晰的圖像。對(duì)于不管什么地方的物體，它都以一種模式去對(duì)待，怎么能得到清晰的圖像呢？當(dāng)我們有時(shí)要求不高時(shí)，比如看清楚人的眼睛等較大較粗糙的對(duì)像時(shí)，在很大一個(gè)范圍，我們都認(rèn)為得到了清晰的圖像，雖然實(shí)際上是不清晰的，因?yàn)?，它得分辨率不夠，看不到圖像的細(xì)節(jié)。32 高速目標(biāo)圖像的獲取 當(dāng)被攝物體處于高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況可不像靜態(tài)時(shí)那么簡(jiǎn)單。特別是用于高速公路監(jiān)理的超速抓拍系統(tǒng)更是如此。下面就以超速抓拍系統(tǒng)為例來分析如何獲取高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像。 如圖3.2所示：圖3.2h h：攝象機(jī)與測(cè)速儀架設(shè)高度 20：測(cè)速儀波束軸與水平面（地面）夾角 12：攝象頭光軸與水平面夾角 r2：雷達(dá)波束打

35、到地面上其中心與架高之間的水平距離 r5：攝象頭光軸和地面交點(diǎn)與架高之間的水平距離 r1：雷達(dá)波束區(qū)域 r2：攝象機(jī)攝像區(qū)域 假定車輛以最高時(shí)速255km/h（因?yàn)闇y(cè)速雷達(dá)可測(cè)速度上限為255km/h，為了便于分析取此上限。即，若最高速度時(shí)，系統(tǒng)能完成既定功能，那么，最高速度以下的情況，系統(tǒng)肯定勝任）馳入測(cè)速及抓拍區(qū)域，當(dāng)t車輛馳出測(cè)速區(qū)域r1的瞬間，測(cè)速雷達(dá)給出抓拍信號(hào)，同時(shí)，高速攝象機(jī)開始工作。圖3中有關(guān)參數(shù)按以往經(jīng)驗(yàn)取值， 則： r5=5.5tg7826m r2=5.5tg7015m 在攝像頭定焦且光軸下俯12時(shí)，假設(shè)清晰畫面視角按2取值，則： r4=5.5tg7622m r6=5.5tg8031m 又假如，目標(biāo)t的速度為vr=255km/h71m/s 所以目標(biāo)t通過抓拍區(qū)域r2所用時(shí)間為： 9/710.126s 要在這么短的時(shí)間內(nèi)抓拍到高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)可不是件容易的事。必須對(duì)攝像機(jī)提出嚴(yán)格的要求。 321 電子快門速度的影響 攝像機(jī)的電子快門速度是首先要考慮的指標(biāo)。因?yàn)椋娮涌扉T速度可以看成是對(duì)高速目標(biāo)在空間監(jiān)測(cè)點(diǎn)上出現(xiàn)頻率的采樣。假如電子快門的速度為1/10000s，那么目標(biāo)在1/10000s內(nèi)相對(duì)鏡頭的移動(dòng)距離為： 711/10