35G高性能窄波平板雷達產品總體設計

何洪寧+仝大偉

【摘要】 采用了多普勒效應原理：當目標靠近雷達時，反射信號的頻率高于發射機的頻率；反之，當目標遠離雷達時，反射信號的頻率低于發射信號的頻率，即可由信號發射與接收頻率的差值，從而計算得到目標的速度值。將中頻正交的兩路信號進行AD轉換，通過FFT對IQ信號從時域轉換到對應的頻域，求出其幅值和方向，最后確定目標的運動方向，并通過RS232信號傳輸到相應的上層平臺。

【關鍵詞】 多普勒效應 35GHz 窄波雷達 測速

一、多普勒效應

Radar（Radio Detection Ranging）： 無線電探測和測距雷達是一種通過發射電磁波和接收回波，對目標進行探測和測定目標信息的設備。 當雷達發射一固定頻率的脈沖波對空掃描時，如果遇到活動目標，回波的頻率與發射波的頻率出現頻率差，稱為多普勒頻率。根據多普勒頻率的大小，可測出目標對雷達的徑向相對運動速度。

我們知道當目標與雷達站之間存在相對速度時，接收到回波信號的載頻相對于發射信號的載頻

因此，雷達只要能夠測量出回波信號的多卜勒，就可以確定目標與雷達站之間的相對速度。

35G高性能窄波平板雷達用于車輛監測是依據多普勒效應原理實現的。由雷達發出一束微波，遇被測目標（車輛）時微波被反射回來，再由雷達接收反射波。如果目標相對于雷達有徑向運動，反射波的頻率將與發射頻率發生差異，而這種差異的大小正比于目標與雷達的相對運動速度。于是，雷達通過檢測反射波頻率和發射波頻率的差，就可以計算出被測車輛的移動速度。

二、窄波束雷達

窄波束雷達被稱為窄波雷達，是因為其自身雷達發射波瓣角非常窄，也被稱之為單車道雷達測速儀，雷達有效測量范圍，只限定在一個車道，有效的避免了相鄰車道的車輛速度干擾，所以被稱之為單車道雷達，而其又被稱之為平板雷達，是用戶從外觀上給出的直觀的名稱，普通雷達的發射天線是喇叭型，而窄波束雷達測速儀的發射天線是平板型的，比起普通的寬波雷達，其優越性在于其能有效的避免相鄰車道車輛的速度干擾，確保執法取證的正確性、嚴肅性、唯一性。

三、測速算法系統設計

本項目采用的為ka波段，為35G高性能窄波平板雷達。

雷達天線的接收部分，對信號進行中頻放大，然后通過在中頻上面進行AD采樣，將采樣后的信號送入到TMS320F2812的DSP上面去，進行處理，得到的速度值通過RS232傳輸到相應的客戶端顯示出來，最終可以通過客戶端來查看到超速的速度值。

雷達是利用電磁波的二次輻射、轉發或目標固有輻射來探測目標，獲取目標空間坐標、速度、

特征等信息的一種無線電技術。其測速的原理是采用了多普勒效應（Doppler Effect）原理。

雷達信號處理方法：進行FFT變換，對噪聲和雜波進行處理，提取出目標，通過計算，得到目標速度，并運用相機對目標進行抓拍。

信號處理部分包括以下幾個步驟：

1、檢測信號是否飽和；如果信號太強，并且經過中頻放大之后，得到的信號處于飽和狀態，那么是無法對回波中的目標來進行判決的。2、將AD轉換之后的兩路數據，進行FFT變換，得到其頻率的相應的信息；通過調用庫中的FFT函數，來最大化的將雷達的結果進行搞定。3、根據采樣的數據得到噪聲的電平；通過求一組數據中的噪聲電平，來確定基本的判決門限；4、幀內目標的檢測；對雷達進行檢測，通過門限的判決來確定回波信號中是否存在著相應的目標。5、計算速度；通過得到的頻率來速度進行相應的計算。6、目標的幀間相關；通過前后兩幀的數據，來進行判斷是否有效；7、目標的輸出；通過RS232將得到的數據信息傳送到雷達的數據端上去。

最后輸出的車輛所超越的速度，以及超越速度的大小，通過RS232傳輸到相應的客戶端上面去。得到相應的信息。

核心功能模塊

高性能窄波平板雷達軟件主要有三個核心模塊：快速傅里葉變換模塊（將IQ兩路信號轉換到頻域）、幀內目標檢測模塊（檢測目標，并且進行目標的相關操作）、目標幀間相關模塊（通過幾幀抽樣數據確定目標速度）。

各個模塊工作原理

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

F2812的AD轉換模塊，將模擬的兩路正交信號采樣，得到數字IQ的正交信號。FFT的目的，將IQ兩路的離散時間數字信號，轉換到對應的頻域信號。通過分析頻域信號的一些信息，進而分辨出目標。FFT模塊是包含于F2812含有的TI庫，對1024個點進行轉換的時候，先進行排序，采用基2的轉換方式，計算的速度比普通的DFT要快上許多。通過FFT的轉換，然后計算出1024個點中的噪聲電平。將噪聲電平和FFT計算出的幅值，傳輸到下個目標模塊中去。

（2） 幀內目標檢測模塊：該模塊包含三個步驟，首先是對檢測目標，通過判決的門限，確定目

標的數目和相應的頻率值。然后對目標進行相關，確定兩個距離或者速度接近的目標，是否判斷為一個目標。最后是計算速度，通過雷達波的載頻，以及目標對應的頻率值，計算出各個目標的速度值。

（3） 目標幀間相關模塊：對輸入的目標，進行幀間相關處理，如果該目標與與已有的目標相關，

則更新該目標的輸出輸出，否則增加新的目標。最后輸出目標到目標輸出緩沖區，通過串口發送目標數據。

四、結論語

隨著車輛數量的不斷增加，交通事故發生的頻率也越來越高。十次事故九次快，絕大多數事故的主因都是超速。根據國際權威機構測算，機動車行駛速度每降一公里，交通事故可以減少3%。如果采用窄波雷達對車輛進行測速監控，可以預防因超速引起的道路交通事故，降低交通事故的發生概率。雷達測速儀可以對車速進行測量，對超速的車輛，進行抓拍或者現場提醒，從而達到減少交通事故，保障交通安全的目的，為和諧社會的建設產生有利的保障。

參 考 文 獻

[1] 賈興泉 連續波雷達數據處理[M]. 北京：國防工業出版社，2005.

[2] 劉國歲 隨機信號理論與應用[M]. 北京：兵器工業出版社，1992.