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简谈雷达测速


简谈雷达测速

 
1 引言
    随着我国经济建设的飞速发展,人民生活水平的不断提高,道路上各式各样车辆的数目也在大幅上升。这也使得交通违章不断增多,给道路交通和人们的生活带来了极大的威胁。
    在各种交通违章中,超速行驶占据了很大的比率,俗话说十次事故九次快,因为车速快了,遇到突发情况司机很难在第一时间内做出正确的处理措施,另外车辆的惯性和制动系统都无法达到完美的控制,从公安部对道路违章事件在过去几年内的统计中,超速案件与其他交通肇事事件的比例高居不下,不难看出端倪,所以超速行车一直被认为是道路交通肇事的重要因素;因此从交通执法观点而言,取缔超速是维护交通安全手段之一。国内取缔违规超速大多数是以雷达测速仪辅助于照相设备(俗称电子眼)为工具。在新交通法出台后,公安交管部门有了更加明确的对行车超速者进行处罚的依据,故雷达测速仪开始普及起来。
    行车速度的计量与评估方法有许多种,包括雷达测速法、激光测速法、影像处理法、线圈法,以及皮管压力法和固定距离所行驶的时间等。其中雷达测速法、激光测速法、影像处理法、线圈法在实际运用中广泛采用,而雷达测速仪携带容易,精确度高,使用方便,在运动中也能实现车速检测,更加适合于“流动电子警察”,所以雷达测速仪是我国公安交管部门配备最多的测速设备。影像处理法和线圈法一般多应用于交通要道的路口和市际卡口,其测速精度比雷达测速法和激光测速法略低。

2 雷达测速仪与激光测速仪的比较
2.1 激光测速仪
    
激光测速仪采用激光测距原理。激光测距是通过对被测物体发射激光光束,并接收该激光光束的反射波,记录该时间差,来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距,取得在该一时段内被测物体的移动距离,从而得到被测物体的移动速度。

 

激光测速具有以下特点:
    (1)由于激光光束基本为射线,故测速距离相对于雷达测速有效距离远一些,可测l 000m外;
    (2)测速精度高,误差<L km;
    (3)激光光束必须要瞄准垂直于激光光束的平面反射点,而被测车辆距离太远且处于移动状态,或者车体平面不大,而导致激光测速成功率低、难度大,特别是执勤警员的工作强度很大、易于疲劳。
    (4)激光测速器不可能在运动中使用,只能在静止状态下应用。因此,激光测速仪不能称之为“流动电子警察”。在静止状态下使用时,很容易被司机发现,因此达不到预期目的。

    (5)价格昂贵,现在经过正规途径进口的激光测速仪(不含取景和控制部分)价格至少在一万美元左右。
2.2 雷达测速仪
   
 雷达测速的原理是应用多普勒效应,因此具有以下特点:
    (1)雷达波束比激光光束(射线)的照射面大,因此雷达测速易于捕捉目标,无须精确瞄准;
    (2)雷达测速设备可安装在巡逻车上,在运动中实现检测车速,是“流动电子警察”非常重要的组成部分;
    (3)雷达固定测速误差为±1 km/h,运动时测误差为±2 km/h,完全可以满足对交通违章查处的要求;
    (4)雷达发射的电磁波波束有一定的张角,故有效测速距离相对于激光测速近一些,最远测速距离为800 m(针对大车)。
    (5)雷达测速仪技术成熟,价格适中。


    (6)雷达测速仪发射波束的张角是一个很重要的技术指标。张角越大,测速准确率越易受影响;反之,则影响较小。
    雷达测速仪以其价格便宜,测速准确,使用方便和能在运动中实现车速检测,被我国公安交管部门作为超速处罚的首选工具。

 

3 多普勒原理
    
雷达(英文为RADAR,是Radio Detection AndRanging的缩写)测速仪的工作原理是多普勒原理,也是所有利用雷达波来检测移动物体速度的原理,其理论基础皆源自于“多普勒效应”。
    波是由频率及振幅所构成。无线电波在行进过程中,碰到物体时会反射,而且反射回来的波,其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若无线电波所碰到的物体是固定不动的,那么所反射回来的无线电波其频率是不会改变的。然而,若物体朝着无线电波发射的方向前进,此时所反射回来的无线电波会被压缩,因此该电波的频率会随之增加;反之,若物体朝着远离无线电波方向行进,则反射回来的无线电波其频率会随之减小。这就是多普勒原理。


    测速雷达所应用的原理,就是检测发射出的无线电波及反射回来的无线电波之间的频率变化。由这两个不同频率的差值,便可以依据特定的比例关系,计算出该波所碰撞到的物体的速度。即:
    fd=2/c(Kfov)     (1)
    其中v为目标运动速度;c为电磁波在空气中的传播速度,是一个常数;fo为雷达的发射频率,是一个已知量;K是单位换算系数为3.6/106;fd为测量到的运动目标引起的多普勒频率,其测量精度由石英晶体振荡器保证,由计算机进行速度换算后送到显示屏显示。

 

4 雷达测速波段
    
目前,美国联邦电讯委员会FCC(Federal Com-munications Commission)规定警用测速频道有Xband,K band,Ka band三种,它们所对应的微波频率分别为10.525 GHz,24.150 GHz,33.40~36.00GHz。
    我国无线电管理部门规定的警用测速频道同美国FCC会规定的测速频道相同。其区别在于我国对Ka band的频率作出了更加具体的规定,为35.100 GHz。
    另外,欧洲规定的警用测速频道有:
    Ku band:13.450 GHz,K band:24.125 GHzX band雷达形状为圆形,采用连续波发射,测速距离为150 m~4750 m,但容易受到干扰,如电信局发射站、高压电线、无线电通讯器、遥控器、电动门控制器等。x band雷达无法在车阵中锁定超速车辆,通常只能在车阵中检测到第一辆车子的速度。且前X band雷达较少与照相系统搭配使用,属于早期的测速仪器。其最高速范围介于200km/h~300km/h。
    K band测速雷达可以是手持式,也可以装在警车上和照相设备共同构成“流动电子警察”,现在国内警方使用的绝大部分都是这种测速雷达,有俄罗斯产的采用间断波发射的“火花雷达”、有美国产的斯德克雷达,还有从美国引进技术、无锡波西公司产的采用连续波发射测速雷达等。K band流动式测速照相系统功率较弱,且不易被干扰。目前雷达侦测器的侦测距离非常短,测速照相系统可加装闪光灯便于夜晚执行工作。其最高速范围介于200 km/h~320 km/h。
    Ka band雷达与K band测速雷达相似,由于其微波频率更高,测速范围较为集中,所以更加不宜被干扰。现在国内用的这类雷达主要是安徽铜陵生产的采用连续波发射的测速雷达。


    有矛必然就会有盾,随着雷达测速仪的蓬勃发展,反测速雷达(俗称电子狗)也诞生了。反测速雷达是一种检测雷达测速仪的设备,安装在汽车内,可以在一定距离内检测到周围是否有雷达测速仪。在汽车行驶过程中,当汽车靠近雷达测速仪时则会发出声音,提醒司机降低车速。各种反测速雷达覆盖了所有雷达测仪的频率发射波段,反测速雷达根据其探测波段和测量距离不同价格从几百到几千都有,不同的产品测量范围不同,有些在距离雷达400 m以内可以检测到雷达并提示,有些甚至可以在2 000 m范围内检测到雷达。为了更准确的检测,有些产品还带有高速路和城市内两种模式,不过,太灵敏的反测速雷达误报的可能性也大一些。有些反测速雷达运用GPS全球定位系统进行监控,可以对电子眼违章摄像系统、线圈感应式测速系统提前播报并数字显示目标距离。这样一来电子狗成了测速装置的天敌,但是过高的行驶速度对驾驶安全危害很大,并且当出现雷达提示时如果急刹车也容易造成事故,因此安全驾驶才是最重要的。
    随着科技不断的发展,电子对抗技术不断成熟,相信对付反测速雷达会有相应的解决方法。
    世界发达国家的测速装备比较完善。针对不同的地区、地势及环境,都配有相应的测速产品。无论固定测量还是移动测量、手动测量还是自动测量,都有一定的普及度。例如在高速公路上,既有固定地点进行速度监测,也有许多巡逻车穿梭于公路间进行移动测量。

5 雷达测速仪应用中的先进技术
    
目前世界发达国家的雷达测速装备比较先进,如DSP技术在90年代初就已经开始应用于警用;“最快速度跟踪技术”于90中期开始应用;“方向感应技术”也于1998年开始普及;至于最新的“同车道测量技术”也于近年被国外的交管部门大批采购。
    数字天线通讯技术的出现不但提高了雷达抗干扰的能力,同时大大提高了雷达测量的准确性。比如斯德克DSP型雷达,它的每一个天线实际上有两套微波线圈和两套A/D转换线圈。这两个微波线圈成90°方向同时提供多普勒信号。在计算单元内,所有通道的数字化多普勒信息被送到DSP线圈。每个高速的DSP线圈于是便对每一个通道的信息进行综合的傅立叶快速变换,以获得每一个目标的方向。
    最快速度跟踪技术;当雷达正在测量一辆目标车速度时,有一辆更快的车驶来,最快速度跟踪技术的出现不但让操作者可以继续对目标车进行跟踪测量,同时雷达还将显示更快车的速度。
    同车道技术。对于雷达测速难题中讲到的同车道测量难点,最新技术的产生已不再需要操作者用眼睛估计和手工输入“较快”和“较慢”目标以便计算目标车读数,雷达能够自动识别巡逻车前的车速快慢并将目标车速度计算出来,这使得同一车道的操作跟相反车道模式操作同样精确和简单。
    方向感应技术。先进的方向感应技术允许操作者去选择特定的交通方向进行监控。不论目标车是不是距离最近的车辆,也不论它是同一车道还是相反车道,雷达都可自动对其进行速度测量并显示相关信息。
    目前,国内基本局限于一般性测量且测量结果较粗糙,在先进技术的使用方面仍然存在很大差距。相信随着交通道路的不断扩展,超速管理方面的装备也将会逐渐完善。