35G高性能窄波平板雷達(dá)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)

何洪寧+仝大偉

【摘要】 采用了多普勒效應(yīng)原理：當(dāng)目標(biāo)靠近雷達(dá)時(shí)，反射信號(hào)的頻率高于發(fā)射機(jī)的頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá)時(shí)，反射信號(hào)的頻率低于發(fā)射信號(hào)的頻率，即可由信號(hào)發(fā)射與接收頻率的差值，從而計(jì)算得到目標(biāo)的速度值。將中頻正交的兩路信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，通過(guò)FFT對(duì)IQ信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)的頻域，求出其幅值和方向，最后確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，并通過(guò)RS232信號(hào)傳輸?shù)较鄳?yīng)的上層平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】 多普勒效應(yīng) 35GHz 窄波雷達(dá) 測(cè)速

一、多普勒效應(yīng)

Radar（Radio Detection Ranging）： 無(wú)線(xiàn)電探測(cè)和測(cè)距雷達(dá)是一種通過(guò)發(fā)射電磁波和接收回波，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和測(cè)定目標(biāo)信息的設(shè)備。 當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對(duì)空掃描時(shí)，如果遇到活動(dòng)目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱(chēng)為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

我們知道當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)站之間存在相對(duì)速度時(shí)，接收到回波信號(hào)的載頻相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的載頻

因此，雷達(dá)只要能夠測(cè)量出回波信號(hào)的多卜勒，就可以確定目標(biāo)與雷達(dá)站之間的相對(duì)速度。

35G高性能窄波平板雷達(dá)用于車(chē)輛監(jiān)測(cè)是依據(jù)多普勒效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的。由雷達(dá)發(fā)出一束微波，遇被測(cè)目標(biāo)（車(chē)輛）時(shí)微波被反射回來(lái)，再由雷達(dá)接收反射波。如果目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)有徑向運(yùn)動(dòng)，反射波的頻率將與發(fā)射頻率發(fā)生差異，而這種差異的大小正比于目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。于是，雷達(dá)通過(guò)檢測(cè)反射波頻率和發(fā)射波頻率的差，就可以計(jì)算出被測(cè)車(chē)輛的移動(dòng)速度。

二、窄波束雷達(dá)

窄波束雷達(dá)被稱(chēng)為窄波雷達(dá)，是因?yàn)槠渥陨砝走_(dá)發(fā)射波瓣角非常窄，也被稱(chēng)之為單車(chē)道雷達(dá)測(cè)速儀，雷達(dá)有效測(cè)量范圍，只限定在一個(gè)車(chē)道，有效的避免了相鄰車(chē)道的車(chē)輛速度干擾，所以被稱(chēng)之為單車(chē)道雷達(dá)，而其又被稱(chēng)之為平板雷達(dá)，是用戶(hù)從外觀(guān)上給出的直觀(guān)的名稱(chēng)，普通雷達(dá)的發(fā)射天線(xiàn)是喇叭型，而窄波束雷達(dá)測(cè)速儀的發(fā)射天線(xiàn)是平板型的，比起普通的寬波雷達(dá)，其優(yōu)越性在于其能有效的避免相鄰車(chē)道車(chē)輛的速度干擾，確保執(zhí)法取證的正確性、嚴(yán)肅性、唯一性。

三、測(cè)速算法系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用的為ka波段，為35G高性能窄波平板雷達(dá)。

雷達(dá)天線(xiàn)的接收部分，對(duì)信號(hào)進(jìn)行中頻放大，然后通過(guò)在中頻上面進(jìn)行AD采樣，將采樣后的信號(hào)送入到TMS320F2812的DSP上面去，進(jìn)行處理，得到的速度值通過(guò)RS232傳輸?shù)较鄳?yīng)的客戶(hù)端顯示出來(lái)，最終可以通過(guò)客戶(hù)端來(lái)查看到超速的速度值。

雷達(dá)是利用電磁波的二次輻射、轉(zhuǎn)發(fā)或目標(biāo)固有輻射來(lái)探測(cè)目標(biāo)，獲取目標(biāo)空間坐標(biāo)、速度、

特征等信息的一種無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。其測(cè)速的原理是采用了多普勒效應(yīng)（Doppler Effect）原理。

雷達(dá)信號(hào)處理方法：進(jìn)行FFT變換，對(duì)噪聲和雜波進(jìn)行處理，提取出目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算，得到目標(biāo)速度，并運(yùn)用相機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行抓拍。

信號(hào)處理部分包括以下幾個(gè)步驟：

1、檢測(cè)信號(hào)是否飽和；如果信號(hào)太強(qiáng)，并且經(jīng)過(guò)中頻放大之后，得到的信號(hào)處于飽和狀態(tài)，那么是無(wú)法對(duì)回波中的目標(biāo)來(lái)進(jìn)行判決的。2、將AD轉(zhuǎn)換之后的兩路數(shù)據(jù)，進(jìn)行FFT變換，得到其頻率的相應(yīng)的信息；通過(guò)調(diào)用庫(kù)中的FFT函數(shù)，來(lái)最大化的將雷達(dá)的結(jié)果進(jìn)行搞定。3、根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)得到噪聲的電平；通過(guò)求一組數(shù)據(jù)中的噪聲電平，來(lái)確定基本的判決門(mén)限；4、幀內(nèi)目標(biāo)的檢測(cè)；對(duì)雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)門(mén)限的判決來(lái)確定回波信號(hào)中是否存在著相應(yīng)的目標(biāo)。5、計(jì)算速度；通過(guò)得到的頻率來(lái)速度進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。6、目標(biāo)的幀間相關(guān)；通過(guò)前后兩幀的數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行判斷是否有效；7、目標(biāo)的輸出；通過(guò)RS232將得到的數(shù)據(jù)信息傳送到雷達(dá)的數(shù)據(jù)端上去。

最后輸出的車(chē)輛所超越的速度，以及超越速度的大小，通過(guò)RS232傳輸?shù)较鄳?yīng)的客戶(hù)端上面去。得到相應(yīng)的信息。

核心功能模塊

高性能窄波平板雷達(dá)軟件主要有三個(gè)核心模塊：快速傅里葉變換模塊（將IQ兩路信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域）、幀內(nèi)目標(biāo)檢測(cè)模塊（檢測(cè)目標(biāo)，并且進(jìn)行目標(biāo)的相關(guān)操作）、目標(biāo)幀間相關(guān)模塊（通過(guò)幾幀抽樣數(shù)據(jù)確定目標(biāo)速度）。

各個(gè)模塊工作原理

（1）FFT模塊：即快速傅里葉變換。在雷達(dá)接收模塊中，得到中頻正交的IQ兩路信號(hào)。運(yùn)用

F2812的AD轉(zhuǎn)換模塊，將模擬的兩路正交信號(hào)采樣，得到數(shù)字IQ的正交信號(hào)。FFT的目的，將IQ兩路的離散時(shí)間數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)。通過(guò)分析頻域信號(hào)的一些信息，進(jìn)而分辨出目標(biāo)。FFT模塊是包含于F2812含有的TI庫(kù)，對(duì)1024個(gè)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)候，先進(jìn)行排序，采用基2的轉(zhuǎn)換方式，計(jì)算的速度比普通的DFT要快上許多。通過(guò)FFT的轉(zhuǎn)換，然后計(jì)算出1024個(gè)點(diǎn)中的噪聲電平。將噪聲電平和FFT計(jì)算出的幅值，傳輸?shù)较聜€(gè)目標(biāo)模塊中去。

（2） 幀內(nèi)目標(biāo)檢測(cè)模塊：該模塊包含三個(gè)步驟，首先是對(duì)檢測(cè)目標(biāo)，通過(guò)判決的門(mén)限，確定目

標(biāo)的數(shù)目和相應(yīng)的頻率值。然后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)，確定兩個(gè)距離或者速度接近的目標(biāo)，是否判斷為一個(gè)目標(biāo)。最后是計(jì)算速度，通過(guò)雷達(dá)波的載頻，以及目標(biāo)對(duì)應(yīng)的頻率值，計(jì)算出各個(gè)目標(biāo)的速度值。

（3） 目標(biāo)幀間相關(guān)模塊：對(duì)輸入的目標(biāo)，進(jìn)行幀間相關(guān)處理，如果該目標(biāo)與與已有的目標(biāo)相關(guān)，

則更新該目標(biāo)的輸出輸出，否則增加新的目標(biāo)。最后輸出目標(biāo)到目標(biāo)輸出緩沖區(qū)，通過(guò)串口發(fā)送目標(biāo)數(shù)據(jù)。

四、結(jié)論語(yǔ)

隨著車(chē)輛數(shù)量的不斷增加，交通事故發(fā)生的頻率也越來(lái)越高。十次事故九次快，絕大多數(shù)事故的主因都是超速。根據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)算，機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度每降一公里，交通事故可以減少3%。如果采用窄波雷達(dá)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行測(cè)速監(jiān)控，可以預(yù)防因超速引起的道路交通事故，降低交通事故的發(fā)生概率。雷達(dá)測(cè)速儀可以對(duì)車(chē)速進(jìn)行測(cè)量，對(duì)超速的車(chē)輛，進(jìn)行抓拍或者現(xiàn)場(chǎng)提醒，從而達(dá)到減少交通事故，保障交通安全的目的，為和諧社會(huì)的建設(shè)產(chǎn)生有利的保障。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 賈興泉 連續(xù)波雷達(dá)數(shù)據(jù)處理[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉國(guó)歲 隨機(jī)信號(hào)理論與應(yīng)用[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，1992.