35G高性能窄波平板雷达产品总体设计

何洪宁+仝大伟

【摘要】 采用了多普勒效应原理：当目标靠近雷达时，反射信号的频率高于发射机的频率；反之，当目标远离雷达时，反射信号的频率低于发射信号的频率，即可由信号发射与接收频率的差值，从而计算得到目标的速度值。将中频正交的两路信号进行AD转换，通过FFT对IQ信号从时域转换到对应的频域，求出其幅值和方向，最后确定目标的运动方向，并通过RS232信号传输到相应的上层平台。

【关键词】 多普勒效应 35GHz 窄波雷达 测速

一、多普勒效应

Radar（Radio Detection Ranging）： 无线电探测和测距雷达是一种通过发射电磁波和接收回波，对目标进行探测和测定目标信息的设备。 当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如果遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度。

我们知道当目标与雷达站之间存在相对速度时，接收到回波信号的载频相对于发射信号的载频

因此，雷达只要能够测量出回波信号的多卜勒，就可以确定目标与雷达站之间的相对速度。

35G高性能窄波平板雷达用于车辆监测是依据多普勒效应原理实现的。由雷达发出一束微波，遇被测目标（车辆）时微波被反射回来，再由雷达接收反射波。如果目标相对于雷达有径向运动，反射波的频率将与发射频率发生差异，而这种差异的大小正比于目标与雷达的相对运动速度。于是，雷达通过检测反射波频率和发射波频率的差，就可以计算出被测车辆的移动速度。

二、窄波束雷达

窄波束雷达被称为窄波雷达，是因为其自身雷达发射波瓣角非常窄，也被称之为单车道雷达测速仪，雷达有效测量范围，只限定在一个车道，有效的避免了相邻车道的车辆速度干扰，所以被称之为单车道雷达，而其又被称之为平板雷达，是用户从外观上给出的直观的名称，普通雷达的发射天线是喇叭型，而窄波束雷达测速仪的发射天线是平板型的，比起普通的宽波雷达，其优越性在于其能有效的避免相邻车道车辆的速度干扰，确保执法取证的正确性、严肃性、唯一性。

三、测速算法系统设计

本項目采用的为ka波段，为35G高性能窄波平板雷达。

雷达天线的接收部分，对信号进行中频放大，然后通过在中频上面进行AD采样，将采样后的信号送入到TMS320F2812的DSP上面去，进行处理，得到的速度值通过RS232传输到相应的客户端显示出来，最终可以通过客户端来查看到超速的速度值。

雷达是利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射来探测目标，获取目标空间坐标、速度、

特征等信息的一种无线电技术。其测速的原理是采用了多普勒效应（Doppler Effect）原理。

雷达信号处理方法：进行FFT变换，对噪声和杂波进行处理，提取出目标，通过计算，得到目标速度，并运用相机对目标进行抓拍。

信号处理部分包括以下几个步骤：

1、检测信号是否饱和；如果信号太强，并且经过中频放大之后，得到的信号处于饱和状态，那么是无法对回波中的目标来进行判决的。2、将AD转换之后的两路数据，进行FFT变换，得到其频率的相应的信息；通过调用库中的FFT函数，来最大化的将雷达的结果进行搞定。3、根据采样的数据得到噪声的电平；通过求一组数据中的噪声电平，来确定基本的判决门限；4、帧内目标的检测；对雷达进行检测，通过门限的判决来确定回波信号中是否存在着相应的目标。5、计算速度；通过得到的频率来速度进行相应的计算。6、目标的帧间相关；通过前后两帧的数据，来进行判断是否有效；7、目标的输出；通过RS232将得到的数据信息传送到雷达的数据端上去。

最后输出的车辆所超越的速度，以及超越速度的大小，通过RS232传输到相应的客户端上面去。得到相应的信息。

核心功能模块

高性能窄波平板雷达软件主要有三个核心模块：快速傅里叶变换模块（将IQ两路信号转换到频域）、帧内目标检测模块（检测目标，并且进行目标的相关操作）、目标帧间相关模块（通过几帧抽样数据确定目标速度）。

各个模块工作原理

（1）FFT模块：即快速傅里叶变换。在雷达接收模块中，得到中频正交的IQ两路信号。运用

F2812的AD转换模块，将模拟的两路正交信号采样，得到数字IQ的正交信号。FFT的目的，将IQ两路的离散时间数字信号，转换到对应的频域信号。通过分析频域信号的一些信息，进而分辨出目标。FFT模块是包含于F2812含有的TI库，对1024个点进行转换的时候，先进行排序，采用基2的转换方式，计算的速度比普通的DFT要快上许多。通过FFT的转换，然后计算出1024个点中的噪声电平。将噪声电平和FFT计算出的幅值，传输到下个目标模块中去。

（2） 帧内目标检测模块：该模块包含三个步骤，首先是对检测目标，通过判决的门限，确定目

标的数目和相应的频率值。然后对目标进行相关，确定两个距离或者速度接近的目标，是否判断为一个目标。最后是计算速度，通过雷达波的载频，以及目标对应的频率值，计算出各个目标的速度值。

（3） 目标帧间相关模块：对输入的目标，进行帧间相关处理，如果该目标与与已有的目标相关，

则更新该目标的输出输出，否则增加新的目标。最后输出目标到目标输出缓冲区，通过串口发送目标数据。

四、结论语

随着车辆数量的不断增加，交通事故发生的频率也越来越高。十次事故九次快，绝大多数事故的主因都是超速。根据国际权威机构测算，机动车行驶速度每降一公里，交通事故可以减少3%。如果采用窄波雷达对车辆进行测速监控，可以预防因超速引起的道路交通事故，降低交通事故的发生概率。雷达测速仪可以对车速进行测量，对超速的车辆，进行抓拍或者现场提醒，从而达到减少交通事故，保障交通安全的目的，为和谐社会的建设产生有利的保障。

参 考 文 献

[1] 贾兴泉 连续波雷达数据处理[M]. 北京：国防工业出版社，2005.

[2] 刘国岁 随机信号理论与应用[M]. 北京：兵器工业出版社，1992.