道路監(jiān)測雷達的一種斜橫向照射方法和支架設(shè)計的制作方法
【專利摘要】現(xiàn)有的道路車輛監(jiān)測雷達主要地采用頂裝正向照射和側(cè)裝斜縱向照射。本發(fā)明提出側(cè)裝斜橫向照射具有更多的優(yōu)越性。由此，本發(fā)明提出了實現(xiàn)側(cè)裝斜橫向照射的幾何原理和方法，并以一種雷達支架設(shè)計來具體體現(xiàn)。利用本發(fā)明提出的設(shè)計，雷達安裝姿態(tài)需要俯仰角和方位角能夠根據(jù)現(xiàn)場尺寸數(shù)據(jù)計算出來，并利用雷達支架上的刻度尺方便地設(shè)定。
【專利說明】
道路監(jiān)測雷達的一種斜橫向照射方法和支架設(shè)計
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本專利涉及電子信息和交通安全領(lǐng)域，提出道路監(jiān)測雷達的一種側(cè)裝斜橫向照射 方法和支架設(shè)計。 技術(shù)背景
[0002] 道路車輛監(jiān)測雷達在交通安全管理上起著重要作用。在應(yīng)用中，監(jiān)測雷達有兩種 典型的安裝方式：側(cè)裝和頂裝。頂裝方式是將雷達安裝在每個車道正上方約6~8米高處， 需要利用龍門架或長臂支柱（燈桿）來實現(xiàn)這種安裝方式。如果沒有適當?shù)默F(xiàn)存龍門架或 長臂支柱可利用，頂裝方式需要的材料工程費用比較高。側(cè)裝方式通常用于電子警察類測 速抓拍系統(tǒng)。雷達置于路旁，使雷達波束與道路縱向成25°~30°角。這種方式下的雷達 波束可以照射多個車道，每個車道上車輛進入照射區(qū)能夠引起雷達觸發(fā)高清相機工作，而 各個車道上引起雷達觸發(fā)的位置距離差異較大，要求相機視場覆蓋寬，同時分辨率高，意味 著相機價格高。在附圖1和附圖2中示出了所述的兩種典型安裝方式，在圖中示意了車道、 雷達位置、車輛觸發(fā)位置、雷達波束照射區(qū)等。為了便于區(qū)分起見，將圖1的安裝方式稱為 頂裝正向照射；而將圖2的照射方式稱為側(cè)裝斜縱向照射。
[0003] 在應(yīng)用中為了降低安裝工程成本，無長臂的支柱（燈桿）路旁安裝或側(cè)向安裝是 更好的選擇。附圖3和附圖4示出了本專利提出的側(cè)裝應(yīng)用方式。
[0004] 附圖3示意的側(cè)裝方式例子中，3只雷達安裝在路旁燈桿的一個短臂上，離地高度 為6~8米（未示出），每只雷達各照射一個車道，照射距離18~28米，3個照射區(qū)排成直 線，與車道方向垂直。在本專利中，將這種照射方式稱為對車道的側(cè)裝斜橫向照射，或簡稱 橫向照射。這種方式下，雷達安裝成本較低，相機的覆蓋視場不大，有利于降低卡口監(jiān)測系 統(tǒng)的成本。圖4也是斜橫向照射，相對于圖3,圖4中用一只單面寬波束的雷達取代3只窄 波束雷達。在某些實際環(huán)境下，例如道路寬但不很規(guī)則，車流密度比較稀疏，對區(qū)分車道無 嚴格要求，圖4的方案能夠節(jié)省雷達。但如果對區(qū)分車道有要求，為了圖4的系統(tǒng)方案能夠 應(yīng)用，必須使用體制上更先進的雷達，如頻移鍵控（FSK)雷達、線性調(diào)頻（LFM)雷達等。無 論是圖3或圖4,都為降低道路監(jiān)測系統(tǒng)價格提供了可能性。
[0005] 圖5是側(cè)裝雷達橫向照射多個車道的示意圖例子。圖5中，數(shù)字1~8標識8個 不同的車道，可以分為來向和去向兩組。圖5中11示意雷達安裝位置；12示意常見的一種 橫向照射情況下雷達波束在路面形成的橢圓形照射區(qū)，這個照射區(qū)橢圓的長軸和雷達支柱 形成一個垂直于路面的平面。特別地，將照射區(qū)處于12位置的照射方式稱為正橫向照射。 目前交通管理中使用的車流量檢測雷達，無論國產(chǎn)還是進口，均采用這種正橫向照射方式。 正橫向照射方式適合于線性調(diào)頻（LFM)雷達，能夠用相對簡單的算法檢測車輛是否存在于 照射區(qū)內(nèi)并決定處于哪個車道。這種體制的車流量檢測雷達無法利用多普勒效應(yīng)直接測量 車輛通過時的速度，不得不借用一些輔助方法來得到速度估計值，例如利用雙波束或路段 區(qū)間計數(shù)平均。速度精度不高會影響車長估計、車型分類等。更合理的照射方式是采用斜 橫向照射。圖5中在位置13的照射區(qū)示意了斜橫向照射的例子，這時照射區(qū)橢圓長軸與雷 達支柱不在一個平面上。一個車流量檢測雷達如果采用斜橫向照射，優(yōu)點是可以直接檢測 車輛速度，而代價是必須改變雷達的調(diào)制體制和檢測算法，實現(xiàn)多目標區(qū)分。但無疑這是技 術(shù)進步。
[0006] 本專利關(guān)注的是斜橫向照射的實現(xiàn)方法和支架設(shè)計。
[0007] 典型的道路監(jiān)測雷達天線是微帶陣列天線，天線波束具有橢圓型，例如_3dB波束 寬度為4° X5°，4° X7°，4° X12°，4° X16°，5° X12°，等等，天線波束在道路上 形成一個照射區(qū)，通常按_3dB或-7dB照射強度分布的等強度線來定義照射區(qū)，它具有橢圓 形。在圖3和圖4中示意了天線波束照射區(qū)的橢圓。在圖3中，3個照射區(qū)橢圓排成直線， 這個直線與車道方向垂直，而3個照射區(qū)各自照射一個車道。在圖4中一個長圓形照射區(qū) 覆蓋3個車道，橢圓長軸與車道方向垂直。如前面所述，圖3和圖4的照射方式以及圖5中 13標識的照射方式在本專利中稱為斜橫向照射。問題是如何安排雷達天線的朝向才能實現(xiàn) 這種斜橫向照射方式？本專利首先提出實現(xiàn)橫向照射的幾何原理，在此基礎(chǔ)上提出一種具 有二度旋轉(zhuǎn)的支架結(jié)構(gòu)，可以方便地實現(xiàn)斜橫向照射的雷達安裝方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 指定在本發(fā)明中雷達所使用的微帶陣列天線，其波束具有扁圓形。天線正俯視地 照射道路時，會在道路上形成一個橢圓形照射區(qū)，橢圓的長軸與雷達天線平面的法線相垂 直，或者說與天線平面相平行。如果正俯視姿勢不變，在水平面上旋轉(zhuǎn)雷達，在地面上的橢 圓照射區(qū)也隨之移動，并保持橢圓長軸與天線平面平行。容易理解，按這種方式側(cè)裝雷達， 其照射區(qū)不會符合橫向照射的要求：橢圓照射區(qū)的長軸方向會隨雷達轉(zhuǎn)動發(fā)生轉(zhuǎn)動，不會 保持垂直于車道。
[0009] 考慮圖6的幾何關(guān)系。該圖中的六面體是一個雷達示意圖，雷達正面的天線輻射 電磁波，波束有扁圓形，在道路路面上的照射區(qū)是橢圓形。假定雷達不是按水平面旋轉(zhuǎn)，而 是以雷達幾何體的、與天線平面法線垂直的縱向軸為旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，雷達波束經(jīng)360° 旋轉(zhuǎn)后在空間上將形成一個光碟型的圓盤，這個圓盤與地平面的交將是一條直線形的窄條 帶。進一步地，波束旋轉(zhuǎn)照射在地面上形成的直線條帶上一定有一點與雷達的距離最小， 雷達照射區(qū)的中心點為最小距離點的情況下，雷達六面體的姿態(tài)稱為對地的正俯視?，F(xiàn)考 慮雷達側(cè)向安裝的情形，假定雷達正俯視時，雷達天線平面法線在地面上的投影與道路方 向平行。讓雷達按六面幾何體縱軸轉(zhuǎn)動，雷達六面體的姿態(tài)將偏離正俯視，變成對地的斜俯 視。而雷達波束將在路面上掃描形成一個直線形條帶，該條帶將垂直于道路方向。按照這 種方法，就能夠使用3只雷達，以斜俯視的方式實現(xiàn)圖3的側(cè)裝斜橫向照射或斜橫向照射， 分別照射3個車道；也能夠側(cè)裝一只單面寬波束雷達以斜橫向照射方式覆蓋3個或更多個 車道。
[0010] 根據(jù)以上照射幾何原理，能夠整理出實現(xiàn)斜橫向照射的方法要點。（1)整個雷達 必須安裝在一個能夠調(diào)整俯仰姿態(tài)的支架上，這意味著必須有一個固定于安裝支柱、形成 水平面參照的底座，和一個與底座連接的俯仰調(diào)整支架，雷達安裝在可俯仰調(diào)整的支架支 撐面上；（2)取正俯視時的雷達天線平面法線方向在地面的投影與道路方向平行（簡單地 說，取雷達照射方向為順車道方向）；（3)調(diào)整俯仰角，使雷達在地面的照射區(qū)達到指定的 距離；（4)雷達必須能夠在俯仰調(diào)整支架支撐面上進行方位向的轉(zhuǎn)動調(diào)整，將正俯視照射 變成斜俯視照射，使波束照射區(qū)落到指定車道的中心線上，或覆蓋指定的一個或多個車道。
[0011] 能夠?qū)崿F(xiàn)所述照射方法的支架結(jié)構(gòu)例子如圖7~11所示。
[0012] 圖7示出的支架結(jié)構(gòu)中，1是底座，它需要被固定在道路旁支撐桿上的一個水平支 臂上，并保證它的一個基面（通常是底座結(jié)構(gòu)的底面）能夠作為水平面參照；2是俯仰調(diào)整 支架，該支架與底座鏈連，能夠相對于底座進行俯仰方向轉(zhuǎn)動，同時該支架有一個平面（例 如頂面）可作為雷達的支撐面，這意味著俯仰調(diào)整支架上的支撐面與水平面的夾角即俯仰 角可以調(diào)整，在俯仰調(diào)整支架的側(cè)面制造刻度，能夠方便地指示俯仰角；3是雷達保護罩加 強構(gòu)件，它和雷達保護罩固定結(jié)合，以加強雷達保護罩的牢度，但保護罩連同加強構(gòu)件相對 于俯仰調(diào)整支架可以進行方位向的轉(zhuǎn)動；4是雷達保護罩；5是安置于保護罩中的雷達；6 是雷達波束照射方向。在圖7中還示出了雷達支架當俯仰角不為0和為0兩種姿態(tài)下的整 體側(cè)示圖。
[0013] 圖8是一種俯仰調(diào)整支架的單件圖樣例子，圖9是它的三視圖。
[0014] 圖10以頂視圖的方式示出了雷達保護罩連同加強構(gòu)件和雷達相對于俯仰調(diào)整支 架發(fā)生轉(zhuǎn)動的情形。圖10中，2是俯仰調(diào)整支架，3是雷達保護罩加強構(gòu)件，4是雷達保護 罩，雷達安裝于保護罩中。當雷達保護罩連同加強構(gòu)件和雷達發(fā)生轉(zhuǎn)動時，雷達在方位上的 視角就可以從正視變?yōu)橛倚币暬蜃笮币暎⑶倚币暤姆轿唤悄軌驈母┭稣{(diào)整支架頂面上讀 出來。
[0015] 圖11是雷達保護罩一種結(jié)構(gòu)例子的三視圖。由圖11能夠容易地理解圖10的轉(zhuǎn) 動方式。
【附圖說明】
[0016] 圖1道路車輛監(jiān)測雷達的頂裝正向照射方式
[0017] 圖2道路車輛監(jiān)測雷達的一種常規(guī)的側(cè)裝斜縱向照射方式
[0018] 圖3道路車輛監(jiān)測雷達的一種側(cè)裝方式：單車道、斜橫向照射方式
[0019] 圖4道路車輛監(jiān)測雷達的一種側(cè)裝方式：多車道、斜橫向照射方式
[0020] 圖5側(cè)裝雷達正橫向照射和斜橫向照射多個車道的方式
[0021] 圖6雷達側(cè)裝實現(xiàn)橫向照射的幾何原理
[0022] 圖7實現(xiàn)側(cè)裝斜橫向照射的一種支架結(jié)構(gòu)整體側(cè)視圖
[0023] 圖8-種俯仰調(diào)整支架的單件圖樣例子
[0024] 圖9圖8中俯仰調(diào)整支架的三視圖
[0025] 圖10以頂視圖的方式示出雷達護罩連同加強構(gòu)件和雷達相對于俯仰調(diào)整支架進 行方位向偏轉(zhuǎn)的情形。
[0026] 圖11 一種雷達外罩結(jié)構(gòu)例子的三視圖
[0027] 圖12決定雷達安裝俯仰角和方位角的立體幾何
【具體實施方式】
[0028] 利用本專利發(fā)明的雷達安裝支架，實施本專利發(fā)明中的雷達安裝方法需要事先計 算雷達安裝的俯仰角和方位角，這能夠利用圖12的幾何關(guān)系來進行。圖12中，1是雷達安 裝高度，記為h ;2是照射區(qū)縱向中心線到路旁安裝支柱的最短距離，記為c ;3是照射區(qū)橫 向中心線到路旁安裝支柱的距離，記為1 ;4是照射區(qū)橫向尺寸，記為d。雷達天線法線相對 于平視的俯仰角可以按下式計算
[0030] 而雷達天線法線相對于正前視的方位偏角可以按下式計算
[0032] 俯仰角α和方位角β都可以方便地利用俯仰調(diào)整支架上的角刻度來調(diào)定。
[0033] 同時，利用圖12的幾何，能夠依據(jù)應(yīng)用對照射區(qū)尺寸的要求來決定對雷達波束方 向性的技術(shù)要求。為了保證波束的_7dB照射區(qū)符合圖12的幾何要求，波束的_7dB寬度按 下式計算
[0035] 根據(jù)本專利提供的技術(shù)方法和安裝支架，實現(xiàn)任何的橫向照射可以很規(guī)范和方便 地進行。只要測量出工程現(xiàn)場的尺寸數(shù)據(jù)h、c、1，俯仰角α和方位角β可以在支架上設(shè) 定。只要在安裝中保證基座水平，就能夠保證照射區(qū)域的準確性。本專利同時提供了決定 波束寬度技術(shù)要求的方法。這些結(jié)果能夠用于先進車輛監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和實施。
【主權(quán)項】
1. 道路車輛監(jiān)測雷達的一種側(cè)裝方法和支架設(shè)計，用以實現(xiàn)雷達波束以斜橫向照射方 式覆蓋單個或多個車道，技術(shù)方法以雷達支架設(shè)計來具體體現(xiàn)，其特征在于，雷達支架中有 一只底座，它固定安裝于預定的雷達安裝位置，并包含有水平面參考的功能；雷達支架中有 一只俯仰調(diào)整支架，它與底座有可轉(zhuǎn)動連接并有一個雷達支撐面，能夠相對于底座的水平 面來調(diào)整和固定雷達支撐面的傾斜角，并且在俯仰調(diào)整支架的雷達支撐面上制作有旋轉(zhuǎn)中 心孔和定位槽，使得雷達保護罩及加強構(gòu)件連同雷達能夠在俯仰調(diào)整支架的雷達支撐面上 作方位向轉(zhuǎn)動并能夠?qū)⑥D(zhuǎn)角固定到指定的方位角上。2. 權(quán)利要求1中所述雷達支架，其特征在于，雷達支架中的俯仰調(diào)整支架上可以制作 有刻度，指示俯仰調(diào)整支架的雷達支撐面相對于水平面的傾斜角；同時也可以在雷達支撐 面上制作刻度，指示雷達保護罩及加強構(gòu)件連同雷達相對于雷達支撐面上的對稱中軸向作 方位向轉(zhuǎn)動的角度。
【文檔編號】G08G1/01GK105987263SQ201510040926
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月28日
【發(fā)明人】鄒謀炎
【申請人】鄒謀炎