基于微波的路口存在檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通技術(shù)領域，尤其涉及基于微波的路口存在檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進程的逐步加快，城市道路交通問題己經(jīng)成為中國各大城市共同面對 的難題。交叉路口作為城市道路的交匯點，在道路網(wǎng)和交通流中起著十分重要的作用。如何 充分利用現(xiàn)有的道路資源，通過智能信號控制系統(tǒng)提高交叉路口的通過能力、降低延遲時 間一直是交通工程領域重要的研究課題。國外發(fā)達城市的實踐經(jīng)驗表明，交通問題不是單 單靠修路、擴大交通容量就能解決的，道路容量的增加永遠也跟不上交通需求的增長。在現(xiàn) 有道路條件下，采用智能交通信號控制系統(tǒng)，有效使用現(xiàn)有的交通設施，充分發(fā)揮其能力， 是解決交通問題的有效方法。
[0003] 如圖1所示，采用存在信息檢測的智能交通系統(tǒng)從功能模塊上可以劃分為三個模 塊：
[0004] 存在信息是指，在路口的每個車道上有一組線圈，路口存在信息檢測器檢測每一 輛車通過一定區(qū)域內(nèi)的時間，并將檢測時間提供給信號控制系統(tǒng)，存在信息檢測準確度將 決定信號控制系統(tǒng)的有效性。
[0005] 交叉路口存在信息檢測器可以劃分為磁頻、視頻車輛檢測器兩種存在信息檢測方 式。
[0006] 基于磁頻的車輛檢測技術(shù)是基于電磁原理進行車輛檢測的，通過檢測磁場強度的 變化來判斷是否有車輛存在或通過，主要包含環(huán)形線圈檢測器、地磁車輛檢測器。
[0007] 環(huán)形線圈車輛檢測器:一種基于電磁感應原理的檢測器，當車輛通過通有一定電 流的環(huán)形線圈或停止在其上時，鐵質(zhì)車身切割磁力線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器 通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在，這是目前國內(nèi)外應用最廣泛的車輛檢測 設備。
[0008] 此種方式存在缺點：現(xiàn)場安裝施工非常繁瑣，安裝時需要封路，對路面破壞嚴重， 使用過程中容易被重型或者普通汽車反復碾壓造成損害，產(chǎn)品使用壽命短，后期維護成本 高，檢測參數(shù)單一，檢測區(qū)域為一個斷面檢測，檢測區(qū)域非常狹小，經(jīng)濟效益費用比非常低。 [0009]地磁車輛檢測器:采用檢測的原理是當車輛位于或通過檢測區(qū)域時，將引起地磁 場的變化，由此實現(xiàn)車輛的存在或通過檢測器。
[0010]此種方式存在缺點：現(xiàn)場安裝施工較繁瑣，安裝時需要封路，會對路面造成破壞， 由于內(nèi)部采用充電電池供電，所以使用壽命短，檢測參數(shù)單一，檢測區(qū)域為一個斷面檢測， 檢測區(qū)域非常狹小，經(jīng)濟效益費用比非常低。
[0011]基于視頻的車輛檢測技術(shù)能夠通過非物理手段檢測到是否有通過車輛，是一種利 用視頻圖像進行車輛檢測的交通檢測技術(shù)。視頻車輛檢測，是采用攝像機作為檢測裝置，通 過檢測車輛進入檢測區(qū)時視頻圖像某些特征的變化，從而得知車輛的存在，并以此來檢測 交通流參數(shù)獲取車輛的特征信息。它涉及計算機圖像處理、模式識別、信號處理和信號融合 等技術(shù)。視頻檢測技術(shù)對于圖像識別實時性要求非常高，復雜背景下車輛檢測和視頻的準 確率非常低，例如，在夜晚和比較昏暗、霧霾嚴重情況下、下大雨、下大雪等惡劣天氣下視頻 檢測技術(shù)無法進行檢測，所以此設備無法進行全天候進行檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供了一種基于微波的路口存在檢測方法，包括如下步驟：
[0013] 交通參數(shù)設置步驟，設定雷達檢測覆蓋區(qū)域；
[0014] 道路交通背景學習步驟，雷達對檢測環(huán)境背景進行學習；
[0015]道路背景噪聲抑制步驟包括如下步驟：
[0016] (1).波束掃描一個周期生成一個二維功率位圖；
[0017] (2).將步驟(1)中的二維功率位圖與背景功率位圖進行相減；
[0018] (3).判斷是否存在目標，若是，那么執(zhí)行步驟(4)，否則執(zhí)行步驟(1);
[0019] (4).根據(jù)散射中心功率點的中心差頻值進行徑向距離與速度計算；
[0020]計算步驟，計算各個目標的RCS值；
[0021 ]建立坐標系統(tǒng)步驟，以雷達為中心點建立坐標系；
[0022]車型分類步驟，根據(jù)被檢測目標的雷達反射截面積RCS進行目標分類；
[0023]跟蹤處理步驟，對檢測區(qū)域內(nèi)各個離散目標點進行跟蹤處理從而完成對區(qū)域內(nèi)目 標軌跡的重建；
[0024] 信息輸出步驟，輸出檢測區(qū)域內(nèi)各個目標信息；
[0025] 在所述信息輸出步驟中包括如下步驟：
[0026] (a).判斷是否有目標進入檢測區(qū)域，若是，那么執(zhí)行步驟(b)，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟 (a)；
[0027] (b).時鐘開始計時，并判斷車輛是否離開檢測區(qū)域，若是，那么執(zhí)行步驟(c)，否則 繼續(xù)執(zhí)行步驟(b);
[0028] (c).計時結(jié)束，并且將車輛存在數(shù)據(jù)信息輸出。
[0029] 本發(fā)明的有益效果是:相比于傳統(tǒng)存在檢測設備環(huán)境適應性不高、可靠性較差，后 期維護成本過高等問題，本發(fā)明針對現(xiàn)有檢測設備的缺陷提出一種基于微波(毫米波)方式 的能夠在全天候運行，具備高精度、高可靠性、高經(jīng)濟效益費用比、安裝簡便的一種存在檢 測方法，能夠快速、準確的對路口存在息進行檢測。
【附圖說明】
[0030] 圖1是【背景技術(shù)】的原理圖。圖2是連續(xù)線性調(diào)頻波原理圖。圖3是FMCW雷達在有速度 存在時的回波信號示意圖。圖4是在沒有車輛的檢測環(huán)境下雷達通過某一個波束得到功率 譜圖。圖5是有車輛的檢測環(huán)境下雷達通過某一個波束得到功率譜圖。圖6是生成的背景二 維功率圖。圖7是雷達應用于路口模式下的示意圖。圖8是背景噪聲抑制流程圖。圖9是對離 散目標進行跟蹤處理流程圖。圖10是針對當前目標制定目標下一周期預估區(qū)域示意圖。圖 11是對第二周期離散目標進行跟蹤匹配示意圖。圖12是對檢測區(qū)域內(nèi)的目標持續(xù)跟蹤形成 軌跡示意圖。圖13是定周期平均速度統(tǒng)計流程圖。圖14是掃描式天線波形發(fā)射圖，其中的一 個實施例。圖15是掃描式天線波形發(fā)射圖，其中的另一個實施例。圖16是天線與射頻模塊原 理框圖。圖17是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明針對現(xiàn)有檢測設備的缺陷，以及智能交通信號控制系統(tǒng)對前端檢測系統(tǒng)的 要求，提出一種基于微波方式的能夠在全天候、高精度、高可靠性、安裝簡便的基于微波的 路口存在檢測方法及系統(tǒng)。
[0032] 檢測媒介:本發(fā)明采用毫米波作為檢測媒介，由于毫米波頻段是介于電波和光波 之間的特殊頻段，具備光學的探測精度和電波的全天候工作特性，其環(huán)境適應性以及設備 后期維護性要遠遠優(yōu)于其他頻段的檢測設備，同時，傳感器本身由于采用毫米波段，所以天 線尺寸很小，傳感器本身也很小，對以后裝置在現(xiàn)場施工安裝也很方便和簡單。
[0033]如圖17所示，本發(fā)明的基于微波的路口存在檢測方法包括如下步驟：
[0034] 交通參數(shù)設置步驟，設定雷達檢測覆蓋區(qū)域，此項工作由雷達設備安裝人員通過 雷達配置軟件來完成。
[0035] 待設定雷達檢測覆蓋區(qū)域之后，波束對檢測區(qū)域內(nèi)進行掃描。并且雷達通過一個 窄波束在檢測區(qū)域內(nèi)進行掃描。
[0036]道路交通背景學習步驟，雷達對檢測環(huán)境背景進行學習，即由工程人員對檢測區(qū) 域內(nèi)沒有任何車輛時進行環(huán)境背景學習。
[0037]微波波束調(diào)制方式:本發(fā)明的雷達采用調(diào)頻連續(xù)波體制，采用對稱三角波調(diào)制，其 工作原理如圖2所示，發(fā)射信號的頻率為對稱三角波調(diào)制，發(fā)射信號幅度不變，在一個周期T 內(nèi)，信號的頻率為：
[0040]因此，在一個周期內(nèi)，發(fā)射信號的上下掃頻段可表示為：
[0043]其中，A為信號幅度(備注:表示回波的能量值）；fQ為信號有效中心頻率；AF為信 號有效帶寬;u = 2 △ F/T為調(diào)頻系數(shù);T為三角波周期;為初始相位。在有效的信號周期內(nèi)， 信號回波為：
[0046] 其中，AT = 2R/C;R為目標距離;C為光速。
[0047]在有效信號周期內(nèi)-(T/2_ATHt〈0 & AT<t〈T/2內(nèi)，將公式2和公式3的瞬時相 位相減，可得到發(fā)射信號與回波信號混頻所得的差頻信號的瞬時相位為：
[0051] 由公式5可以知道，目標的距離和差頻信號頻率成正比，因此只要測得輸出中頻信 號的頻率，就可以計算出目標的距離，以上為目標靜止的情況，若目標以速度為 v沿著雷達 波束徑向運動，將會使雷達回波增加多普勒頻移fd，該多普勒頻移使得回波的頻率一時間 曲線升高或降低，從而導致一部分差頻上增加了一個多普勒頻移，另一部分差頻上減少了 一個多普勒頻移，如圖3所示。
[0052] 如果目標臨近雷達，則在調(diào)頻周期內(nèi)的差頻為：
[0053] fb+ = fm_fd 上掃頻段
[0054] fb-= fm+fd下掃頻段...........................公式6
[0055] 目標的距離和速度信息則可由公式7與公式8計算得到：
[0058]由公式7可見，只要測得輸出差頻信號的平均頻率，即可得到目標距離。如果要測 得目標速度，則須分別測得上下掃頻段輸出的差頻信號，如公式8所示。
[0059]根據(jù)模糊函數(shù)推導，三角波調(diào)頻連續(xù)波的距離分辨率和速度分辨率為：
[0062] 雷達通過每個角度輪流接收獲得每個角度范圍的功率譜。由于車輛外殼均為金屬 材料，而普通公路采用的材料為柏油與水泥等，車輛的反射功率值要遠高于公路