道路監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種斜橫向照射方法和支架設(shè)計(jì)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】現(xiàn)有的道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)主要地采用頂裝正向照射和側(cè)裝斜縱向照射。本發(fā)明提出側(cè)裝斜橫向照射具有更多的優(yōu)越性。由此，本發(fā)明提出了實(shí)現(xiàn)側(cè)裝斜橫向照射的幾何原理和方法，并以一種雷達(dá)支架設(shè)計(jì)來(lái)具體體現(xiàn)。利用本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)，雷達(dá)安裝姿態(tài)需要俯仰角和方位角能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)尺寸數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，并利用雷達(dá)支架上的刻度尺方便地設(shè)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
道路監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種斜橫向照射方法和支架設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本專(zhuān)利涉及電子信息和交通安全領(lǐng)域，提出道路監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種側(cè)裝斜橫向照射 方法和支架設(shè)計(jì)。 技術(shù)背景
[0002] 道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)在交通安全管理上起著重要作用。在應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)雷達(dá)有兩種 典型的安裝方式：側(cè)裝和頂裝。頂裝方式是將雷達(dá)安裝在每個(gè)車(chē)道正上方約6~8米高處， 需要利用龍門(mén)架或長(zhǎng)臂支柱（燈桿）來(lái)實(shí)現(xiàn)這種安裝方式。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)默F(xiàn)存龍門(mén)架或 長(zhǎng)臂支柱可利用，頂裝方式需要的材料工程費(fèi)用比較高。側(cè)裝方式通常用于電子警察類(lèi)測(cè) 速抓拍系統(tǒng)。雷達(dá)置于路旁，使雷達(dá)波束與道路縱向成25°~30°角。這種方式下的雷達(dá) 波束可以照射多個(gè)車(chē)道，每個(gè)車(chē)道上車(chē)輛進(jìn)入照射區(qū)能夠引起雷達(dá)觸發(fā)高清相機(jī)工作，而 各個(gè)車(chē)道上引起雷達(dá)觸發(fā)的位置距離差異較大，要求相機(jī)視場(chǎng)覆蓋寬，同時(shí)分辨率高，意味 著相機(jī)價(jià)格高。在附圖1和附圖2中示出了所述的兩種典型安裝方式，在圖中示意了車(chē)道、 雷達(dá)位置、車(chē)輛觸發(fā)位置、雷達(dá)波束照射區(qū)等。為了便于區(qū)分起見(jiàn)，將圖1的安裝方式稱(chēng)為 頂裝正向照射；而將圖2的照射方式稱(chēng)為側(cè)裝斜縱向照射。
[0003] 在應(yīng)用中為了降低安裝工程成本，無(wú)長(zhǎng)臂的支柱（燈桿）路旁安裝或側(cè)向安裝是 更好的選擇。附圖3和附圖4示出了本專(zhuān)利提出的側(cè)裝應(yīng)用方式。
[0004] 附圖3示意的側(cè)裝方式例子中，3只雷達(dá)安裝在路旁燈桿的一個(gè)短臂上，離地高度 為6~8米（未示出），每只雷達(dá)各照射一個(gè)車(chē)道，照射距離18~28米，3個(gè)照射區(qū)排成直 線，與車(chē)道方向垂直。在本專(zhuān)利中，將這種照射方式稱(chēng)為對(duì)車(chē)道的側(cè)裝斜橫向照射，或簡(jiǎn)稱(chēng) 橫向照射。這種方式下，雷達(dá)安裝成本較低，相機(jī)的覆蓋視場(chǎng)不大，有利于降低卡口監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)的成本。圖4也是斜橫向照射，相對(duì)于圖3,圖4中用一只單面寬波束的雷達(dá)取代3只窄 波束雷達(dá)。在某些實(shí)際環(huán)境下，例如道路寬但不很規(guī)則，車(chē)流密度比較稀疏，對(duì)區(qū)分車(chē)道無(wú) 嚴(yán)格要求，圖4的方案能夠節(jié)省雷達(dá)。但如果對(duì)區(qū)分車(chē)道有要求，為了圖4的系統(tǒng)方案能夠 應(yīng)用，必須使用體制上更先進(jìn)的雷達(dá)，如頻移鍵控（FSK)雷達(dá)、線性調(diào)頻（LFM)雷達(dá)等。無(wú) 論是圖3或圖4,都為降低道路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)價(jià)格提供了可能性。
[0005] 圖5是側(cè)裝雷達(dá)橫向照射多個(gè)車(chē)道的示意圖例子。圖5中，數(shù)字1~8標(biāo)識(shí)8個(gè) 不同的車(chē)道，可以分為來(lái)向和去向兩組。圖5中11示意雷達(dá)安裝位置；12示意常見(jiàn)的一種 橫向照射情況下雷達(dá)波束在路面形成的橢圓形照射區(qū)，這個(gè)照射區(qū)橢圓的長(zhǎng)軸和雷達(dá)支柱 形成一個(gè)垂直于路面的平面。特別地，將照射區(qū)處于12位置的照射方式稱(chēng)為正橫向照射。 目前交通管理中使用的車(chē)流量檢測(cè)雷達(dá)，無(wú)論國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，均采用這種正橫向照射方式。 正橫向照射方式適合于線性調(diào)頻（LFM)雷達(dá)，能夠用相對(duì)簡(jiǎn)單的算法檢測(cè)車(chē)輛是否存在于 照射區(qū)內(nèi)并決定處于哪個(gè)車(chē)道。這種體制的車(chē)流量檢測(cè)雷達(dá)無(wú)法利用多普勒效應(yīng)直接測(cè)量 車(chē)輛通過(guò)時(shí)的速度，不得不借用一些輔助方法來(lái)得到速度估計(jì)值，例如利用雙波束或路段 區(qū)間計(jì)數(shù)平均。速度精度不高會(huì)影響車(chē)長(zhǎng)估計(jì)、車(chē)型分類(lèi)等。更合理的照射方式是采用斜 橫向照射。圖5中在位置13的照射區(qū)示意了斜橫向照射的例子，這時(shí)照射區(qū)橢圓長(zhǎng)軸與雷 達(dá)支柱不在一個(gè)平面上。一個(gè)車(chē)流量檢測(cè)雷達(dá)如果采用斜橫向照射，優(yōu)點(diǎn)是可以直接檢測(cè) 車(chē)輛速度，而代價(jià)是必須改變雷達(dá)的調(diào)制體制和檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)區(qū)分。但無(wú)疑這是技 術(shù)進(jìn)步。
[0006] 本專(zhuān)利關(guān)注的是斜橫向照射的實(shí)現(xiàn)方法和支架設(shè)計(jì)。
[0007] 典型的道路監(jiān)測(cè)雷達(dá)天線是微帶陣列天線，天線波束具有橢圓型，例如_3dB波束 寬度為4° X5°，4° X7°，4° X12°，4° X16°，5° X12°，等等，天線波束在道路上 形成一個(gè)照射區(qū)，通常按_3dB或-7dB照射強(qiáng)度分布的等強(qiáng)度線來(lái)定義照射區(qū)，它具有橢圓 形。在圖3和圖4中示意了天線波束照射區(qū)的橢圓。在圖3中，3個(gè)照射區(qū)橢圓排成直線， 這個(gè)直線與車(chē)道方向垂直，而3個(gè)照射區(qū)各自照射一個(gè)車(chē)道。在圖4中一個(gè)長(zhǎng)圓形照射區(qū) 覆蓋3個(gè)車(chē)道，橢圓長(zhǎng)軸與車(chē)道方向垂直。如前面所述，圖3和圖4的照射方式以及圖5中 13標(biāo)識(shí)的照射方式在本專(zhuān)利中稱(chēng)為斜橫向照射。問(wèn)題是如何安排雷達(dá)天線的朝向才能實(shí)現(xiàn) 這種斜橫向照射方式？本專(zhuān)利首先提出實(shí)現(xiàn)橫向照射的幾何原理，在此基礎(chǔ)上提出一種具 有二度旋轉(zhuǎn)的支架結(jié)構(gòu)，可以方便地實(shí)現(xiàn)斜橫向照射的雷達(dá)安裝方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 指定在本發(fā)明中雷達(dá)所使用的微帶陣列天線，其波束具有扁圓形。天線正俯視地 照射道路時(shí)，會(huì)在道路上形成一個(gè)橢圓形照射區(qū)，橢圓的長(zhǎng)軸與雷達(dá)天線平面的法線相垂 直，或者說(shuō)與天線平面相平行。如果正俯視姿勢(shì)不變，在水平面上旋轉(zhuǎn)雷達(dá)，在地面上的橢 圓照射區(qū)也隨之移動(dòng)，并保持橢圓長(zhǎng)軸與天線平面平行。容易理解，按這種方式側(cè)裝雷達(dá)， 其照射區(qū)不會(huì)符合橫向照射的要求：橢圓照射區(qū)的長(zhǎng)軸方向會(huì)隨雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì) 保持垂直于車(chē)道。
[0009] 考慮圖6的幾何關(guān)系。該圖中的六面體是一個(gè)雷達(dá)示意圖，雷達(dá)正面的天線輻射 電磁波，波束有扁圓形，在道路路面上的照射區(qū)是橢圓形。假定雷達(dá)不是按水平面旋轉(zhuǎn)，而 是以雷達(dá)幾何體的、與天線平面法線垂直的縱向軸為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，雷達(dá)波束經(jīng)360° 旋轉(zhuǎn)后在空間上將形成一個(gè)光碟型的圓盤(pán)，這個(gè)圓盤(pán)與地平面的交將是一條直線形的窄條 帶。進(jìn)一步地，波束旋轉(zhuǎn)照射在地面上形成的直線條帶上一定有一點(diǎn)與雷達(dá)的距離最小， 雷達(dá)照射區(qū)的中心點(diǎn)為最小距離點(diǎn)的情況下，雷達(dá)六面體的姿態(tài)稱(chēng)為對(duì)地的正俯視?，F(xiàn)考 慮雷達(dá)側(cè)向安裝的情形，假定雷達(dá)正俯視時(shí)，雷達(dá)天線平面法線在地面上的投影與道路方 向平行。讓雷達(dá)按六面幾何體縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，雷達(dá)六面體的姿態(tài)將偏離正俯視，變成對(duì)地的斜俯 視。而雷達(dá)波束將在路面上掃描形成一個(gè)直線形條帶，該條帶將垂直于道路方向。按照這 種方法，就能夠使用3只雷達(dá)，以斜俯視的方式實(shí)現(xiàn)圖3的側(cè)裝斜橫向照射或斜橫向照射， 分別照射3個(gè)車(chē)道；也能夠側(cè)裝一只單面寬波束雷達(dá)以斜橫向照射方式覆蓋3個(gè)或更多個(gè) 車(chē)道。
[0010] 根據(jù)以上照射幾何原理，能夠整理出實(shí)現(xiàn)斜橫向照射的方法要點(diǎn)。（1)整個(gè)雷達(dá) 必須安裝在一個(gè)能夠調(diào)整俯仰姿態(tài)的支架上，這意味著必須有一個(gè)固定于安裝支柱、形成 水平面參照的底座，和一個(gè)與底座連接的俯仰調(diào)整支架，雷達(dá)安裝在可俯仰調(diào)整的支架支 撐面上；（2)取正俯視時(shí)的雷達(dá)天線平面法線方向在地面的投影與道路方向平行（簡(jiǎn)單地 說(shuō)，取雷達(dá)照射方向?yàn)轫樮?chē)道方向）；（3)調(diào)整俯仰角，使雷達(dá)在地面的照射區(qū)達(dá)到指定的 距離；（4)雷達(dá)必須能夠在俯仰調(diào)整支架支撐面上進(jìn)行方位向的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整，將正俯視照射 變成斜俯視照射，使波束照射區(qū)落到指定車(chē)道的中心線上，或覆蓋指定的一個(gè)或多個(gè)車(chē)道。
[0011] 能夠?qū)崿F(xiàn)所述照射方法的支架結(jié)構(gòu)例子如圖7~11所示。
[0012] 圖7示出的支架結(jié)構(gòu)中，1是底座，它需要被固定在道路旁支撐桿上的一個(gè)水平支 臂上，并保證它的一個(gè)基面（通常是底座結(jié)構(gòu)的底面）能夠作為水平面參照；2是俯仰調(diào)整 支架，該支架與底座鏈連，能夠相對(duì)于底座進(jìn)行俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)該支架有一個(gè)平面（例 如頂面）可作為雷達(dá)的支撐面，這意味著俯仰調(diào)整支架上的支撐面與水平面的夾角即俯仰 角可以調(diào)整，在俯仰調(diào)整支架的側(cè)面制造刻度，能夠方便地指示俯仰角；3是雷達(dá)保護(hù)罩加 強(qiáng)構(gòu)件，它和雷達(dá)保護(hù)罩固定結(jié)合，以加強(qiáng)雷達(dá)保護(hù)罩的牢度，但保護(hù)罩連同加強(qiáng)構(gòu)件相對(duì) 于俯仰調(diào)整支架可以進(jìn)行方位向的轉(zhuǎn)動(dòng)；4是雷達(dá)保護(hù)罩；5是安置于保護(hù)罩中的雷達(dá)；6 是雷達(dá)波束照射方向。在圖7中還示出了雷達(dá)支架當(dāng)俯仰角不為0和為0兩種姿態(tài)下的整 體側(cè)示圖。
[0013] 圖8是一種俯仰調(diào)整支架的單件圖樣例子，圖9是它的三視圖。
[0014] 圖10以頂視圖的方式示出了雷達(dá)保護(hù)罩連同加強(qiáng)構(gòu)件和雷達(dá)相對(duì)于俯仰調(diào)整支 架發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的情形。圖10中，2是俯仰調(diào)整支架，3是雷達(dá)保護(hù)罩加強(qiáng)構(gòu)件，4是雷達(dá)保護(hù) 罩，雷達(dá)安裝于保護(hù)罩中。當(dāng)雷達(dá)保護(hù)罩連同加強(qiáng)構(gòu)件和雷達(dá)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雷達(dá)在方位上的 視角就可以從正視變?yōu)橛倚币暬蜃笮币?，并且斜視的方位角能夠從俯仰調(diào)整支架頂面上讀 出來(lái)。
[0015] 圖11是雷達(dá)保護(hù)罩一種結(jié)構(gòu)例子的三視圖。由圖11能夠容易地理解圖10的轉(zhuǎn) 動(dòng)方式。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)的頂裝正向照射方式
[0017] 圖2道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種常規(guī)的側(cè)裝斜縱向照射方式
[0018] 圖3道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種側(cè)裝方式：?jiǎn)诬?chē)道、斜橫向照射方式
[0019] 圖4道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種側(cè)裝方式：多車(chē)道、斜橫向照射方式
[0020] 圖5側(cè)裝雷達(dá)正橫向照射和斜橫向照射多個(gè)車(chē)道的方式
[0021] 圖6雷達(dá)側(cè)裝實(shí)現(xiàn)橫向照射的幾何原理
[0022] 圖7實(shí)現(xiàn)側(cè)裝斜橫向照射的一種支架結(jié)構(gòu)整體側(cè)視圖
[0023] 圖8-種俯仰調(diào)整支架的單件圖樣例子
[0024] 圖9圖8中俯仰調(diào)整支架的三視圖
[0025] 圖10以頂視圖的方式示出雷達(dá)護(hù)罩連同加強(qiáng)構(gòu)件和雷達(dá)相對(duì)于俯仰調(diào)整支架進(jìn) 行方位向偏轉(zhuǎn)的情形。
[0026] 圖11 一種雷達(dá)外罩結(jié)構(gòu)例子的三視圖
[0027] 圖12決定雷達(dá)安裝俯仰角和方位角的立體幾何
【具體實(shí)施方式】
[0028] 利用本專(zhuān)利發(fā)明的雷達(dá)安裝支架，實(shí)施本專(zhuān)利發(fā)明中的雷達(dá)安裝方法需要事先計(jì) 算雷達(dá)安裝的俯仰角和方位角，這能夠利用圖12的幾何關(guān)系來(lái)進(jìn)行。圖12中，1是雷達(dá)安 裝高度，記為h ;2是照射區(qū)縱向中心線到路旁安裝支柱的最短距離，記為c ;3是照射區(qū)橫 向中心線到路旁安裝支柱的距離，記為1 ;4是照射區(qū)橫向尺寸，記為d。雷達(dá)天線法線相對(duì) 于平視的俯仰角可以按下式計(jì)算
[0030] 而雷達(dá)天線法線相對(duì)于正前視的方位偏角可以按下式計(jì)算
[0032] 俯仰角α和方位角β都可以方便地利用俯仰調(diào)整支架上的角刻度來(lái)調(diào)定。
[0033] 同時(shí)，利用圖12的幾何，能夠依據(jù)應(yīng)用對(duì)照射區(qū)尺寸的要求來(lái)決定對(duì)雷達(dá)波束方 向性的技術(shù)要求。為了保證波束的_7dB照射區(qū)符合圖12的幾何要求，波束的_7dB寬度按 下式計(jì)算
[0035] 根據(jù)本專(zhuān)利提供的技術(shù)方法和安裝支架，實(shí)現(xiàn)任何的橫向照射可以很規(guī)范和方便 地進(jìn)行。只要測(cè)量出工程現(xiàn)場(chǎng)的尺寸數(shù)據(jù)h、c、1，俯仰角α和方位角β可以在支架上設(shè) 定。只要在安裝中保證基座水平，就能夠保證照射區(qū)域的準(zhǔn)確性。本專(zhuān)利同時(shí)提供了決定 波束寬度技術(shù)要求的方法。這些結(jié)果能夠用于先進(jìn)車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 道路車(chē)輛監(jiān)測(cè)雷達(dá)的一種側(cè)裝方法和支架設(shè)計(jì)，用以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束以斜橫向照射方 式覆蓋單個(gè)或多個(gè)車(chē)道，技術(shù)方法以雷達(dá)支架設(shè)計(jì)來(lái)具體體現(xiàn)，其特征在于，雷達(dá)支架中有 一只底座，它固定安裝于預(yù)定的雷達(dá)安裝位置，并包含有水平面參考的功能；雷達(dá)支架中有 一只俯仰調(diào)整支架，它與底座有可轉(zhuǎn)動(dòng)連接并有一個(gè)雷達(dá)支撐面，能夠相對(duì)于底座的水平 面來(lái)調(diào)整和固定雷達(dá)支撐面的傾斜角，并且在俯仰調(diào)整支架的雷達(dá)支撐面上制作有旋轉(zhuǎn)中 心孔和定位槽，使得雷達(dá)保護(hù)罩及加強(qiáng)構(gòu)件連同雷達(dá)能夠在俯仰調(diào)整支架的雷達(dá)支撐面上 作方位向轉(zhuǎn)動(dòng)并能夠?qū)⑥D(zhuǎn)角固定到指定的方位角上。2. 權(quán)利要求1中所述雷達(dá)支架，其特征在于，雷達(dá)支架中的俯仰調(diào)整支架上可以制作 有刻度，指示俯仰調(diào)整支架的雷達(dá)支撐面相對(duì)于水平面的傾斜角；同時(shí)也可以在雷達(dá)支撐 面上制作刻度，指示雷達(dá)保護(hù)罩及加強(qiáng)構(gòu)件連同雷達(dá)相對(duì)于雷達(dá)支撐面上的對(duì)稱(chēng)中軸向作 方位向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
【文檔編號(hào)】G08G1/01GK105987263SQ201510040926
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日
【發(fā)明人】鄒謀炎
【申請(qǐng)人】鄒謀炎