基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，属于交通运输领域；装有此系统的车辆在道路行驶时，由智能单向多车检测根据定位道路数据信息智能控制微波的辐射面积，其微波雷达装置只对装载车行驶方向且前后150m范围所有车道车辆发射微波信号，并对满足以上两条件的车辆速度及距离进行检测，将检测数据传送到微处理器。微处理器根据检测到的距离和速度数据计算得到道路车流的三级速度阈值区间，通过与车辆自身的行驶速度进行比较，并根据实际情况各因素比重进行不同程度的预警提示，时钟抑制控制预警时间长短和预警周期，LCD显示三级速度阈值区间及该车所在的速度区间，实现对高速路及快速路上低速行驶车辆的预警。
【专利说明】基于微波雷达的单向多车道车辆低速预譬系统 技术领域 本发明设及交通运输领域，具体设及一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系 统。 【背景技术】 在当今道路中，由于个别驾驶员注意力不集中、拨打电话W及大雾、沙尘等较低能见度 环境下低速行驶车辆易发生追尾事故造成很大的人员和财产损失，因此，如何对低速行驶 车辆进行预警W达到安全行驶车速的问题迫在眉睫。一、由于个别驾驶员注意力不集中、拨 打电话时行驶车速过低，易导致动态交通流速度变化，影响人们的出行安全，同时降低了道 路实际通行能力，一定程度上造成了拥堵。二、大雾、沙尘、黑夜等能见度较低的恶劣天气恢 复期，部分驾驶员未能按照交通流的速度恢复车速，也易导致交通事故并造成时间浪费、油 耗增加等。目前为止，基本没有一种能实现单向多车道检测的微波雷达系统对车辆速度影 响交通流做出相应的预警系统。基于运种背景，在汽车上安装此系统，实时准确的为驾驶员 提供最佳行驶速度范围显得非常重要。
【发明内容】
本发明的目的是提供基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，是一种适用于高 速路及快速公路路段(无交叉口或交叉口相对较少的高等级道路）的针对低速行驶车辆的 预警系统;在汽车行驶过程中，该系统对低速行驶车辆进行预警提示，从而保证安全并提高 通行效率。 本发明采用的技术方案是： 一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，其特征在于:包括有装载在车辆 上的依次电连接的智能单向多车道检测控制器、微波雷达装置、信号处理模块、AD转换模 块、预警控制系统;所述预警控制系统包括有与AD转换模块的信号输出端连接的微处理器 W及与微处理器连接的时钟抑制电路、LCD显示电路、Ξ级声光报警电路、定位系统，微处理 器还与复位电路连接;所述单向多车道检测控制器控制微波雷达装置对对定位系统定位到 的装载车同一行驶方向的且前后150m范围内的所有车道车辆发射微波信号，微波雷达装置 进行测速测距并建立该装载车前后150m范围内车辆的速度的数据库，将实时检测到的微波 信号进行放大后传送到信号处理模块，通过AD转换模块将微波信号转换成速度和距离数 据，微处理器将速度和距离数据进行分析处理，将该装载车的速度和微处理器分析处理后 得到车流的Ξ级速度阔值进行对比，并根据道路网实际情况各因素比重进行不同程度的预 警提示，时钟抑制电路控制预警时间长短和预警周期，LCD显示电路显示Ξ级速度阔值区间 及该装载车所在的速度区间。 所述的一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，其特征在于:所述微波雷 达装置包括有发射前端电路、射频前端电路、收发天线、前置放大器，射频前端电路包括有 依次连接的固态振荡器、环流器、混频器，固态振荡器与发射前端电路连接，环流器与收发 天线连接，混频器与前置放大器连接。 本发明的优点是： 本发明采用智能单向多车道检测控制器、微波雷达装置、信号处理模块及预警控制系 统，能够准确快速的进行距离和速度的测量，并且探测距离远、系统运行可靠、性能受外界 环境影响小，可W对驾驶员在道路上行驶进行有效的预警，从而减少道路动态交通流变化 的影响，提高道路通行能力，减少出行成本。 【附图说明】 图1为本发明的结构原理图。 图2为交通预警模型网络结构图。 图3为系统软件流程图。 【具体实施方式】 W下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。 参照图1，一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，包括有装载在车辆上的 依次电连接的智能单向多车道检测控制器1、微波雷达装置2、信号处理模块3、AD转换模块 4、预警控制系统5;所述预警控制系统5包括有与AD转换模块4的信号输出端连接的微处理 器6W及与微处理器6连接的时钟抑制电路7、LCD显示电路8、Ξ级声光报警电路9、定位系统 10,微处理器6还与复位电路11连接;所述单向多车道检测控制器1控制微波雷达装置2对定 位系统10定位到的装载车同一行驶方向的且前后150m范围内的所有车道的目标车辆12发 射微波信号，微波雷达装置2进行测速测距并建立该装载车前后150m范围内车辆的速度的 数据库，将实时检测到的微波信号进行放大后传送到信号处理模块3,通过AD转换模块4将 微波信号转换成速度和距离数据，微处理器6将速度和距离数据进行分析处理，将该装载车 的速度和微处理器6分析处理后得到车流的Ξ级速度阔值进行对比，并根据道路网实际情 况各因素比重进行不同程度的预警提示，时钟抑制电路7控制预警时间长短和预警周期， LCD显示电路8显示Ξ级速度阔值区间及该装载车所在的速度区间。 微波雷达装置2包括有发射前端电路13、射频前端电路14、收发天线15、前置放大器16， 射频前端电路14包括有依次连接的固态振荡器17、环流器18、混频器19,固态振荡器17与发 射前端电路14连接，环流器18与收发天线15连接，混频器19与前置放大器16连接。 LCD显示电路8的显示屏设置在驾驶室。微波雷达装置采用的是X波段带宽工作。 如图3。系统初始化将之前的数据清除；时钟抑制控制预警周期;定位系统获取道路网 的数据信息(定位信息包括道路等级、限速、车道数、气候状况等）；LCD显示采集处理更新的 速度阔值区间。 当自身车辆的速度处于Ξ级速度阔值区间的某一级别，仪表盘上的Ξ级声光预警进行 不同程度的预警提示。安全提示，红灯显示频率5s/次;建议提示，澄灯显示频率20s/次;建 议提示，黄灯显示频率45s/次;无提示，绿灯显示频率120s/次。提醒驾驶员提高车辆行驶速 度。 发射前端电路功能主要目的是通过对偏置电压的控制来完成发射信号的频率或相位 的调制。本发明采用的是连续波体制雷达，给耿氏二极管提供一个稳定的直流偏执电压即 可。 本发明的微波雷达装置和预警控制系统的实现原理包括： 1) 固态振荡器生成频率为fs的微波信号，经环流器1端环流到2端并由发射天线发射 (部分泄漏到环流器3端）。当目标车辆与装载车之间有相对速度V时，根据多普勒原理，反射 波会发生频移。假设频移量为fd，则接收天线收到的反射波频率为fs+fd，并经环流器环流到 混频器。最后发射波与反射波在混频器的作用下输出一频率等于多普勒频移量fd的电信 号。根据多普勒原理，易知
电中，Αν为目标车辆的相对速度，As为微波信号的波长。 因此，只要检测出混频输出信号的频率即可通过式得到目标车辆的相对速度。 2) 电磁波在空间传播的可表述为时间t等变量函数，设本振输出电压幅值为As,信号的 相位为树0,则本振电压信号可表示为：v,=4c〇s[的巧;该高频电信号由发射天线发射，经 目标车辆反射后由接收天线接收;根据其推导论证结果，回波电压信号可表示为：
式中:Ar为回波信号幅值，戰的为回波信号相位， K为待定常数，D2为目标车辆与传感器的相对距离td为时间差。由此可见，D与Ar之间存在一 定的非线性关系，可W通过电压和相对距离之间的关系进行标定，然后再用查表法确定雷 达传感器与目标车辆之间的相对距离。 3) 通过微处理器将检测到的距离和速度计算得到道路车流的Ξ级速度阔值区间，并和 自身车辆的行驶速度进行比较，并根据实际情况进行不同程度的预警提示，时钟抑制控制 预警时间长短（建议预警周期4.5-10s)，LCD显示Ξ级速度阔值区间及该车所在的速度区 间。 预警控制算法，设贝叶斯网络的变量分别为X={W，V，0，S，J，D}，网络结构如图2所示。 其中，W表示天气情况，V表示速度阔值区间，0表示占有率，S表示判断结果，Q表示交通状况， J表示交通拥挤，D表示交通事故。如各变量对应的值域可W分别为:W: {:晴、阴、雨、雪、雾}; V: {v獻0，v獻 1，V惑义2，v獻3} ;0: {01 < 30%，30%<02 < 60%，03 > 60% } ;S: {1，0}分别用来表 示是否存在危险性两种状态;J: {1,0}分别用来表示交通拥挤和交通不拥挤;D: {1,0}分别 用来表示交通事故发生和不发生。 具体模拟和应用步骤如下： 首先根据已知局部概率计算节点概率。
同理，可求P(J=0)W及P化=0)和P化=1)。
[0012]然后计算在天气、阔值速度区间、占有率给定情况下的条件概率
同理，可求 口(1 = 〇|胖1，￥1，〇1)，口(5=1|胖1，￥1，〇1)，口(5 = 〇|胖1，￥1，〇1)的概率。 最后将条件概率进行是否比较，判断道路交通状况进行预警提示，其中预警周期建议 为4.5-lOs。将两者大小进行比较，如果等于1的概率大，则表示会发生交通拥挤，反之不会。 同理对于交通事故的判断。 上述车速与事故数之间是一个"U"形曲线。车速接近平均车速时，事故率最低;随着车 速与平均车速的差增大，无论是大于平均车速还是小于平均车速，事故数都呈增加趋势。记 I为路段事故率，次/l〇5vel · km; Δν为车速与平均车速的差值，km/h。根据其推导论证结 果：J二1G〇備6〇2 Α，.:-0.006的5 δ,.+2'μ由公式得事故率最小时的相对速度是Λ V = 5.544Km/ h。 步骤1:车辆进入车流时，开始通过微波雷达检测分别获取装载车辆前后150m范围车辆 的速度和距离数据信息； 步骤2:根据获取到的装载车辆前后车辆速度计算出车辆的平均速度巧； 步骤3:计算适宜的车辆速度区间，％逆。e (():.巧，1，10:歹)属安全速度;第一速度阔值区间， 车速在平均车速10%到15%范围，即％姑居(化巧石，化巧如化1日它，1.巧？）;第二速度阔 值区间，车速在平均车速15%到20%范围，即少逗,。:6 (0.8?^ O.^v) U (1. Κ?Μ.巧）;第 Ξ速度阔值区间，车速不在平均车速20%范围区间，即福@;€ (0,0.8巧）U (1.2v，〇〇); 步骤4:将计算所得的速度阔值区间与定位系统获得道路的实时数据信息相结合。比 如，计算出的速度阔值区间上限值超过了道路的限速值(或特殊天气道路的限速值），运时 建议速度的上限值就变为道路限速上限值(或特殊天气道路的限速值），同理对于有最低限 速的道路，如果计算出的速度阔值区间下限值低于道路的最低限速，运时建议速度的下限 值就变为道路限速下限值； 步骤5:将当前车速和计算出的速度阔值区间进行对比，根据各因素比重判断是否进行 预警W及预警的方式； 步骤6:数据接收完成，转移至步骤1，如图2。
【主权项】
1. 一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，其特征在于:包括有装载在车 辆上的依次电连接的智能单向多车道检测控制器、微波雷达装置、信号处理模块、AD转换模 块、预警控制系统;所述预警控制系统包括有与AD转换模块的信号输出端连接的微处理器 以及与微处理器连接的时钟抑制电路、LCD显示电路、三级声光报警电路、定位系统，微处理 器还与复位电路连接;所述单向多车道检测控制器控制微波雷达装置对定位系统定位到的 装载车同一行驶方向的且前后150m范围内的所有车道车辆发射微波信号，微波雷达装置进 行测速测距并建立该装载车前后150m范围内车辆的速度的数据库，将实时检测到的微波信 号进行放大后传送到信号处理模块，通过AD转换模块将微波信号转换成速度和距离数据， 微处理器将速度和距离数据进行分析处理，将该装载车的速度和微处理器分析处理后得到 车流的三级速度阈值进行对比，并根据道路网实际情况各因素比重进行不同程度的预警提 示，时钟抑制电路控制预警时间长短和预警周期，LCD显示电路显示三级速度阈值区间及该 装载车所在的速度区间。2. 根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的单向多车道车辆低速预警系统，其特征 在于:所述微波雷达装置包括有发射前端电路、射频前端电路、收发天线、前置放大器，射频 前端电路包括有依次连接的固态振荡器、环流器、混频器，固态振荡器与发射前端电路连 接，环流器与收发天线连接，混频器与前置放大器连接。
【文档编号】G08G1/09GK105989714SQ201610024151
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】丁恒, 朱良元, 蒋程镔, 张卫华, 郑小燕, 黄文娟, 张雨
【申请人】合肥工业大学