关键词：雷达测速；雷达波；频率；检定；
随着我国科技水平的不断提高，机械操作设备水平也相应提高，这体现在车辆的快速驾驶上。因此，测量交通速度已成为我国面临的另一个难题。由于雷达测速技术广泛应用于科研和工程建设中，主要对雷达测速系统进行研究，并对雷达测速系统进行目标速度检测的准确性进行分析研究。
一、雷达测速仪的测速组成
雷达测速仪的测速原理就是应用了“多普勒效应”，即移动物体对所接受的电磁波有频移的效应。当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如果遇到移动的物体，反射回来的雷达波频率与发射的雷达波频率会存在一个频率差，这个频率差就是多普勒频率。通俗来说，就是在道路上架设雷达天线，利用雷达天线向车道发射高频雷达波束，再接收行驶中机动车的反射回波，通过内部处理器利用DSP(数字信号处理)技术判断其频率的变化来计算机动车移动的速度及运动方向。如超过限速值，则由主控制系统来决定是否触发摄像机抓拍取证。雷达测速仪分为固定式雷达测速仪和移动式雷达测速仪两种。雷达测速仪一般由测速雷达、抓拍取证单元、数据处理存储单元、电源等组成。抓拍取证单元主要使用高清摄像机。电源按其使用环境的不同可分为固定式、便携式及车载固定式。固定式雷达测速仪一般需接外部220V供电，也有由太阳能电池板供电，对电器安全性能要求比较高。而移动测速仪则自带电池供电，车载式雷达测速仪则一般使用车辆12V供电。
二、雷达测速仪的原理
1.雷达测速仪。雷达测速仪是一种比较小巧简单的民用雷达，用来测量地面上运动目标的径向速度。
2.雷达测速仪的测速原理。雷达测速仪是一种典型的多普勒雷达，基本原理就是应用了多普勒频移效应的原理。当雷达测速仪处于开机状态时，雷达会向空间连续地或间断的发射一个确定频率的微波信号，以f0计，这个f0在雷达正前方的可视空间内向前传播，当遇到静止的反射物体，如路面、建筑物、汽车等，有一部分信号会反射回来，但反射回来的信号频率不会改变，仍然是f0；反之，如果遇到运动的反射物体，比如运动中的汽车，则反射波的频率与发射波的频率就会产生微细改变，反射波以f0±fd计，这个反射波被雷达接收后，与发射波进行混频，从中检出这个频率的变化量fd，fd就是由于汽车运动的多普勒效应而产生的，fd就称为多普勒频率。雷达再对这个fd进行滤波、放大、模数变换、数字处理、终端显示，完成测速过程，将测得的速度值显示在雷达测速仪的显示器上。依据雷达原理的几个基本方程，给定一定的已知条件，可以导出雷达测速仪的基本方程式：
（1）
式中：fd——多普勒频率，Hz；C——电磁波的传播速度，3×105km/s）；[2.99792458×105（km/s）]；K——单位换算系数，103/3.6；f0——雷达测速仪发射频率的标称值，MHz；v——速度设定值，km/h。
三、对测速技术的分析
1.测速系统本身就由很多领域内的先进技术组成，其中包括数字天线通信技术、最快速度跟踪技术、POP技术、同车道技术。数字天线通信技术在一定程度上可以降低雷达测速系统的抗干扰能力，主要目标是减少其他事物对雷达探测上的影响，进一步提升雷达测速方面的准确性；由于交通车辆的车速不同，因此在使用雷达测速时只有车辆进入雷达范围内时才能使用快速跟踪技术，锁定车辆并进行速度检测；由于部分车辆在行驶过程中不注意控制行驶速度从而被雷达测速系统锁定，这些车主就会通过安置反雷达装置避免雷达测速的锁定，针对这一现象我国研发出POP技术，以此实现对反雷达装置的成功干扰；在检测系统中容易出现同车道测量问题，传统的计算目标车读数是通过眼睛估计和手工输入较快、较慢的方式，而雷达技术可以对车辆的速度进行自动识别，并且能够将车辆的运行速度通过系统自动计算显示出来，保证一个车道和相反车道的操作模式都能达到准确和简单的效果。
2.雷达测速在经过信号发出者与信号接收者中间所发生的信号变化进行检测的过程就是雷达测速，雷达测速被应用于交通车辆超速驾驶方面，雷达测速是通过光波、声波和电磁波的方式被广泛应用于人们的生活和工作中。其原理是对出现在雷达测速系统天线场范围内的运动目标发出电磁波，然后系统则会根据电磁波的具体情况对发射频率和速度进行自动记录，并对反弹电磁波频率进行接收。雷达系统是通过分离元件进行直接变频解调从而实现基本电路图的建立，因为电路图的特点致使方案也要更加注意这点，因此集成芯片中的方案就不能作为建立依据，只能进行参考。分析实验系统的要求以及射频振荡器的特点从而实现弱导通状态的射频三极管，利用外界相近的频率信号激励射频振荡器，达到因外界信号的激励使电路出现混频的目的，因此才能在混频现象发生后使输出中存在下边频信号。调整接收电路出现弱振荡状态，这一过程主要是为了弱导通状态下的振荡器，因为这一状态中振荡比较弱，致使此时对三极管特性曲线在工作中的弯曲部分发生混频；另一点则是因为在弱振荡状态下对射频震荡器进行同频信号激励时，可以提高信号的接收强度，从而改变直流电平；因此如果震荡接收机太过于强大就不易发生改变，致使基带信号的输出强度不够，信号也就会很弱。
3.射频电路一般适用于反馈式震荡，其过程就是在放大电路过程中利用振荡器去引入正反馈，放大器只有在加大正反馈到固定程度时才会产生震荡，而在这个后震荡过程中就会产生振荡频率。L、C参数和射频三极管内部特性却会对放大器产生的振荡频率产生一定的影响；混频器是由耦合本振输入、振荡器和信号输入、输出以及一个或多个非线性有元器件网络构建而成，混频器的实质是利用射频信号和本振信号两者的差额，而射频信号和本振信号则是由混频器的非线性特性所产生的，之后就是将用不到的频率分成通过用滤波器滤去。
4.利用放大电路对电压的具体数值进行成倍放大的放大工程就是多级放大电路，其原理就是连接多个放大电路，被放大之后的放大电路可以被称为“级”，因此多级放大电路就具有很多个级可以进行相互连接形成藕合，这也就是耦合方式。耦合方式中具有多种耦合，像阻容、光电、直接、变压器等，在耦合方式中常被用来进行放大电路的就是直接和阻容。
5.由车辆检测器、地感线圈、前端主机三部分构建而成的就是机动车地感线圈测速仪，这个系统主要是针对经过两个地感线圈的机动车在两者之间最短距离平均速度的检测，这种测试系统在美国并不用于对机动车的测速，并且在欧洲也没有多大的使用率，因此在使用过程中并没有可以依据的国际准则，使用较多的却是地感线测速目标速度模拟装置，这种装置主要应用于激发地感线圈测速系统并予以检测，其功能是在指定的地感线圈中模拟标准速度的机动车，从而使车辆检测和地感线圈能够根据地感线测速目标速度模拟装置在激发信号时给予响应；目前在实验当中用到的检测设备测速仪是激光测速运动目标速度模拟装置，这个装置主要是针对激光测速单元或者激光测速仪接收其所发出的周期性脉冲激光光速，在一定时间内根据指定的方向、地点、模拟速度值发送延迟后的脉冲激光光速，多用于型式评价试验内的部分关键项目。
四、雷达测速仪的计量检定
从雷达测速仪的基本方程式（1），可以看出：C、K、f0都是已知常量，给定一个速度值v，就可以得到一个唯一的多普勒频率值fd。据此，我们就可以模拟一个fd，来获得一个我们所需要的速度值v来。
1.雷达测速仪计量检定装置介绍。雷达测速仪的计量检定分两部分进行，一部分是微波发射频率计量检定；另一部分是测速范围、测速误差计量检定。（1）微波发射频率检定系统。微波发射频率检定系统由微波数字频率计和接收喇叭天线组成。如图1。
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图1微波发射频率检定系统
图中微波数字频率计是一台标准仪器，用来对微波信号进行计数；接收喇叭天线是用来接收由雷达测速仪发射出的微波信号，通过同轴射频电缆，送入微波计数器的输入口，进行计数。因为喇叭天线有十几分贝的增益，可将接收到的微波信号放大，以满足微波计数器输入口的灵敏度要求。因为雷达测速仪有X波段、K波段和Ka波段三个波段，所以喇叭天线也有对应的三个波段的天线，使用中根据需要选择使用哪一个波段的天线。具体的测量方法见JJG528-2004规程需要注意的是：测量时，雷达测速仪应对准接受喇叭天线；雷达测速仪与接收喇叭天线的相对距离要合适，太近了，信号太强，超出计数器的最大输入信号，会对微波计数器产生不安全因素；太远了，信号太弱，达不到计数器的输入门限，会出现不计数或计的数字乱跳。计量时，雷达测速仪由远而近，使得计数器的显示数字能够稳定显示为准。一般在1～3米的距离比较合适。（2）测速范围、测速误差计量检定系统。测速范围、测速误差计量检定系统是由数字频率计、音频信号发生器、标准衰减器、适配器、示波器、直流稳压电源和测试通道箱组成。如图2所示。
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图2测速范围、测速误差检定系统
图2中音频信号发生器是用来模拟多普勒信号的，是一个标准仪器，计量检定系统的误差主要表现为音频信号发生器的频率误差。标准衰减器用来对音频信号发生器输出的信号幅度进行定标，并在计量过程中对信号幅度进行定量调整，通过调整衰减器也可以计量出雷达测速仪的灵敏度。适配器是一个信号合成器，它的作用是将两路输入的多普勒信号合并为一路信号输出。直流稳压电源用来在计量系统中为雷达测速仪提供工作电源。示波器用来在雷达测速仪上观察多普勒信号的波形和幅度。
2.计量检定原理。系统将音频信号（对应于目标运动速度的多卜勒频率），经fd标准衰减器的定量控制、通过适配器的合成，加到测试通道箱的调制器上，当雷达测速仪发射微波信号f0时，通过该调制器完成f0±fd的调制工作过程。然后，再将调制后的信号通过测试通道反射给雷达测速仪，由雷达测速仪完成下变频工作，检测出fd，并通过放大、滤波、整形、数字处理等环节，转化为相应的速度值，且在雷达测速仪的显示器上显示。检定系统是通过改变音频信号源的输出频率，来测量雷达测速仪的测速范围，频率值按方程式（1）在某一个速度值VX点上，用（1）式计算出该点的对应频率理论值FX，用数字频率计来计量频率理论值，调节音频信号源的频率至该点FX，观察雷达测速仪的显示数是不是VX，判别显示值与速度理论值的误差是多少。这样就完成了测速误差的检定。需注意的是，所有雷达测速仪在低速段，尤其是25公里/小时以下，其灵敏度较低，这是由于多普勒频率较低时，其系统噪声大，影响信号检测所致。因此在计量这段速度时，应将图2中衰减器的衰减量减小，也就是将信号加大，方能保证正常计量。
总之，在经过对雷达测试系统的原理、功能、应用以及检定的研究，通过在实际应用上的问题分析雷达测速仪的现状，以及存在的问题，促进雷达测速仪长久有效发展。
参考文献：
[1]高宇.浅谈雷达测速仪计量检定问题探讨.2018.
[2]周玉华.关于雷达测速仪计量检定问题研究.2019.
论文作者:焦鸿雁
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/29
标签：测速论文; 测速仪论文; 频率论文; 信号论文; 多普勒论文; 速度论文; 系统论文; 《科学与技术》2019年19期论文;