聯(lián)網(wǎng)高速公路是怎樣測(cè)速的？微波雷達(dá)大有用處

前幾日聽聞一個(gè)“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(cè)速！對(duì)于我這種常年散養(yǎng)的外放一族來講又得小心了。

那么測(cè)速到底是怎么實(shí)現(xiàn)的？今天我們就來巴拉巴拉。

測(cè)速點(diǎn)除了常見的“爆閃燈”之外，旁邊還有一個(gè)微波雷達(dá)。

雷達(dá)產(chǎn)生的是連續(xù)波信號(hào)不間斷的覆蓋掃描區(qū)域。凡是通過檢測(cè)線的車輛，其反射波也被檢測(cè)到，于是就立即計(jì)算出車輛的速度了。為了增加檢測(cè)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(huì)引起線圈磁場(chǎng)的電感量變化，并上傳給控制系統(tǒng)，以此滿足對(duì)車輛的準(zhǔn)確檢測(cè)需要。能夠全天候地精確地檢測(cè)公路上的車輛行駛狀況，車輛類型，是拖車還是大貨車。

那么它具體是如何工作的呢？這里就先要簡(jiǎn)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(cè)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(cè)目的和檢測(cè)對(duì)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(cè)應(yīng)用有很多，有用于檢測(cè)物體的距離和速度的，有用于定位的，有用于檢測(cè)云層氣象的，有用于探測(cè)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(cè)距、測(cè)速為基礎(chǔ)的。防撞雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的前方，當(dāng)有危險(xiǎn)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(bào)警，使司機(jī)及時(shí)做出反應(yīng)，同時(shí)雷達(dá)輸出信號(hào)到達(dá)汽車控制系統(tǒng)，根據(jù)情況進(jìn)行自動(dòng)剎車或減速。比如人站著不動(dòng)，火車響著汽笛從遠(yuǎn)處開過來，你會(huì)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(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)汽笛的音調(diào)會(huì)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(duì)于脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，當(dāng)目標(biāo)距離很近時(shí)，發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時(shí)間差非常小，這就要求系統(tǒng)采用高速信號(hào)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(jiǎn)單、成本較低、適合做近距離探測(cè)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(diǎn)：

? 因?yàn)槭褂酶凸β?，比脈沖雷達(dá) 價(jià)格低。

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

? 探測(cè)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(diǎn)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(shí)別。

對(duì)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(hào)處理模塊和報(bào)警模塊或汽車制動(dòng)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(hào)，并接收目標(biāo)的反射信號(hào)。發(fā)射波的頻率隨時(shí)間按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。一般調(diào)制信號(hào)為三角波信號(hào)。反射波與發(fā)射波的頻率相同，只是在時(shí)間上有一個(gè)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(hào)與反射信號(hào)在某一時(shí)刻的頻率差即為混頻輸出的中頻信號(hào)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(cè)距原理（對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)）

如果反射信號(hào)來自一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，則反射信號(hào)中包括一個(gè)由目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的多譜勒頻移 fd。

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(duì)靜止時(shí)的中頻頻率；fd：多譜勒頻移，其符號(hào)與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向有關(guān)。根據(jù)多譜勒原理，目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)。

速度 v 的符號(hào)與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向有關(guān)，目標(biāo)靠近時(shí) 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(hào)頻率由 DSP 進(jìn)行 FFT 變換得到。

現(xiàn)在我們知道了雷達(dá)測(cè)速的基本原理是通過發(fā)射電磁波與接收電磁波的時(shí)間差來計(jì)算相對(duì)距離，同時(shí)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(cè)速點(diǎn)，能測(cè)到速度嗎？

審核編輯 黃昊宇