巍泰技术微波雷达在平交路口预警及其他领域的应用

三、平交路口预警微波雷达技术原理

如上应用示例所示，平交路口智能预警系统是一种设置平交路口附近，通过采集主路与支路车辆行驶状态，或路口行人过街状态数据，向车辆驾驶员发布预警、引导、控制信息的系统。其中，巍泰技术弯道与路口预警雷达主要功能就是检测车辆或行人的存在、方向、位置与速度等。简单来说，就是利用微波雷达技术所具有的测速、测距与测角功能实现所需信息的实时检测，为平交路口智能预警系统的运行提供可靠的数据来源。

微波雷达是利用工作频率在0.3~300GHz，波长1mm~10cm之间的电磁波探测目标的电子设备，雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。其测速、测距与测角原理如下：

1、测速

雷达测速通常采用连续波方式，利用多普勒效应，通过采集回波信号的频率和发射信号频率之间的差值f_d，就可以求出目标的径向速度v_r，计算公式如下：

其中，c是光速，f₀是中心频率。

2、测距

雷达测距采用FMCW，即调频连续波方式。调频连续波是一种受调制的连续波，其主要表现为频率随时间变化，时域信号如图：

调频连续波通过发射机发出，在经过τ时间后被接收机接收，接收到的信号与本振有S_τ的频差，调频连续波收发示意图如下：

接收时间τ，满足以下公式：

其中，d是雷达到被测目标的距离，c是光速。

接收信号与本振的频差S_τ，满足：

 

3、测角

雷达系统可以通过多天线估算反射信号的角度，该角度也成为到达角（AoA）。

图9. 雷达到达角示意图

雷达的最大角视场有雷达可以估算最大的到达角来界定。两个间隔的天线的最大视场：
 

由此可以推出±90°的视场角需要两个天线间隔。
雷达角度测算原理示意图如下：

图10. 雷达测角示意图

由距离差引起的两个接收天线信号的相位差为：

其中，为两个天线的间距，为目标到雷达的角度，为发射频率的波长。

 

四、平交路口预警微波雷达功能特性

 

2、多车道多目标

3、抗干扰低误报

4、全天候全天时

受制于光学的物理特性，激光雷达、红外与视频等在雨雪、沙尘等极端天气环境下，工作可靠性会受到影响。微波雷达能全天候全天时工作，在暴雨、大雪、漆黑及空气污染等恶劣环境条件下也能提供高可靠性的探测。此外，微波雷达能够“看穿”墙壁、户外绿化带等其他物体，这是激光雷达、红外与视频所不具备的能力。

五、微波雷达技术在其它领域的应用

微波雷达早期被应用于军事领域，随着雷达技术的发展与进步，微波雷达传感器开始应用于智能交通管理、道路安全预警、汽车电子等民用领域，物位与物液检测等工业领域。除以上平交路口智能预警辅助外，巍泰技术其他雷达产品在智能交通管理与其他道路安全预警领域同样有着广泛应用。

1、卡口测速雷达

图11. 卡口测速雷达工作示意图

目前，TBR-100已通过公安部安全与警用电子产品质量检测中心检验评定，并获得《计量器具型式批准证书》与国家测速仪型式评价实验室（公安）的《计量器具型式评价报告》，可作为交通管理部门在高速公路、城际公路、城市干线公路、城乡低等级公路等交通事故多发地段进行违法超速抓拍取证的依据。

2、移动测速雷达

巍泰技术（武汉）有限公司交通信息检测侧装微波雷达TBR-310融合高清摄像机、控制抓拍主机、后备电源蓄电池等设备集成的便携式测速一体机，可实现交警移动抓拍违法超速车辆的需求。TBR-310集成24.15GHz单片微波集成电路技术与先进的信号处理技术，可实现超速车辆的精准触发抓拍，抓拍率高达99%，具有触头、触尾、双触、持续等多种触发方式，误拍率低；测速精度高，调试简易、稳定性高，可探测1~4个车道多个车辆目标，具备车道划分、抗多车并行干扰等功能；环境适应性强，其检测性能不受光照、灰尘、雨雪等外界环境干扰。对降低固定测速设备不完善路段、事故多发路段的交通事故率，控制超速行为发生意义重大。

3、车速反馈屏雷达

车速反馈屏的技术核心部分是车速反馈雷达，对实时反馈来车速度，提醒司机不要超速并将车速降到安全范围起到至关重要的作用。车速反馈雷达一般是采用微波雷达技术实现的，其检测区域大约为车速反馈屏前部30m到150m的范围内，这也是雷达波所能覆盖到的区域。巍泰技术（武汉）有限公司车速反馈仪雷达TBR-300，测速反馈仪雷达TBR-510与TBR-511基于微波技术原理与测速算法，可适应多种环境，不受天气、光照强度影响，分别准确检测200m、150m与80m的来车速度，并可直接与LED显示屏连接，将检测结果输出至显示屏，连接方式简单，安装维护方便。可广泛应用于高速公路、城市道路、国省道路、县乡道路等各等级公路，产业园区、住宅区、学校、医院周边，弯道、隧道等需要进行速度提醒控制的区域。

4、智能交通信息检测雷达

根据城市道路环境特点与应用需求，巍泰技术（武汉）有限公司基于多普勒效应测速技术与FMCW原理测距技术，推出了可检测车速、车流量与平均车速的侧向安装（侧装）交通流量监测雷达TBR-540，以及可以准确检测车速、平均速度、车流量、车型、车道占有率、车头时距、交通拥堵情况、车辆逆行状况等交通基本信息的正向安装（顶装）的广域多目标雷达WTR-470与交通流量计雷达WTR-422。其中，WTR-470与WTR-422均采用了毫米波技术原理，可分别检测双向6车道与8个车道上的128个目标车辆的深度信息，并进行实时跟踪，具有不受光、热、雾、烟、灰尘等外界环境因素的影响，抗干扰能力强，环境适应性好，全天候不间断工作的特性。

基于以上微波雷达测速测距功能，在多个路段上安装多个微波车辆检测器，通过这些微波车辆检测器可以不断地获取大量连续的动态交通数据，这些数据可为研究道路交通状态的时空变化规律奠定重要基础。

5、弯道会车预警雷达

巍泰技术（武汉）有限公司弯道与路口预警雷达WTR-510与WTR-511基于微波雷达多普勒效应测速原理，可分别对150m与80m检测区域内的各类型机动车辆、非机动车辆进行全天候长距离检测，并分析来车方向、来车距离、行驶速度等；检测准确度高，抗干扰能力强，检测结果不受温度与气候条件影响；低电平信号输出，功耗低，性价比高，可支持太阳能供电，并同时检测多个车道；安装维护简单，不需要中断交通。

图15. 弯道会车预警系统与弯道预警雷达工作示意图

当雷达检测到来车时，速度反馈屏会显示来车实时速度，并通过与对向弯道会车预警系统的联动，发送来车预警信号给对向弯道会车预警系统，对向弯道会车预警系统收到预警信号后显示红色“前方来车”字幕，警示灯爆闪黄光，同时语音警报响起“前方来车，请减速慢行”。通过弯道会车预警屏（预警系统），驾驶员在进入弯道前就能了解到前方对向/盲区车道上的车辆行驶信息，与自己的车辆速度，对驾驶员有警示和提示的作用，从而有效提醒驾驶员减速，谨慎驾驶通过弯道。常规状态下，弯道会车预警LED屏显示绿色“弯道慢行”字幕，警示司机前方弯道，小心慢行。

巍泰技术（武汉）有限公司行人监测雷达WTR-830可实现无交通信号灯控制的人行横道线处行人过街状态检测，为车辆驾驶员提供及时可靠地预警数据支撑。WTR-830采用FMCW体制，综合运用数字波束合成等技术，具有测距精度高，测角分辨率高及虚警率低等优点；可对25m监测区域内的过街行人进行准确监测、精确定位与稳定跟踪，并支持监测区域设置，人车分类监测、越界监测、进入/离开区域监测，行人速度、数量与方位监测等；具备低电平控制信号输出功能，可联动路侧发光警示、智控装置等，实现人行横道线处行人过街状态信息输出，支持多场景、多环境下的人员监测、人数统计与安防预警等。

7、雾区车辆尾迹警示雷达

根据JT/T 1032-2016标准要求：防追尾警示模式中的车辆检测模块最大检测距离不小于20m，检测准确率不低于95%。巍泰技术（武汉）有限公司雾区车辆检测雷达WTR-560与WTR-561基于微波雷达技术原理，可实现对雾天、雨雪天、夜间等低能见度环境中动态和静态目标车辆进行的快速捕捉和警示灯光触发；无须敷设电缆、无须破坏道路及路面侧装结构、无须增加附加立杆或横杆，安装施工方便；连接方式简单，可直接与灯光预警系统连接；检测距离可达25m，检测精准、零误报；不受风、光照、温度、浓雾变化等外界环境因素干扰，并可穿透烟、灰尘和雾等准确识别跟踪目标车辆，帮助实现雾区车辆防追尾预警。
 

当无车辆通过时，诱导装置的黄色诱导灯同步闪烁，红色警示灯处于关闭状态；当雷达检测到车辆通过时，触发上游特定组诱导装置的红色警示灯点亮，形成红色尾迹提示后车：前方有车辆存在以及前后跟驰车辆的安全行车间距。此时，其他诱导装置的黄色诱导灯同步闪烁，当车辆向前行驶经过下一组诱导装置时，红色尾迹会与车辆动态同步前移。

巍泰技术（武汉）有限公司作为专业微波/毫米波雷达传感器解决方案提供商，在智能交通管理与道路安全预警等相关领域有着十年以上的产品研发、制造与应用经验。公司研发生产的微波/毫米波雷达传感器产品包括卡口测速雷达、移动测速雷达、车速反馈屏雷达、智能交通信息检测雷达、弯道会车预警雷达、路口哨兵预警雷达、行人过街预警雷达、雾区车辆尾迹警示雷达等近30款。此外，公司凭借长期的技术沉淀、良好的产品性能，已获得国内外众多知名企业的认可与广阔的市场应用。