三、平交路口預警微波雷達技術原理

如上應用示例所示，平交路口智能預警系統是一種設置平交路口附近，通過采集主路與支路車輛行駛狀態，或路口行人過街狀態數據，向車輛駕駛員發布預警、引導、控制信息的系統。其中，巍泰技術彎道與路口預警雷達主要功能就是檢測車輛或行人的存在、方向、位置與速度等。簡單來說，就是利用微波雷達技術所具有的測速、測距與測角功能實現所需信息的實時檢測，為平交路口智能預警系統的運行提供可靠的數據來源。

微波雷達是利用工作頻率在0.3~300GHz，波長1mm~10cm之間的電磁波探測目標的電子設備，雷達發射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。其測速、測距與測角原理如下：

1、測速

雷達測速通常采用連續波方式，利用多普勒效應，通過采集回波信號的頻率和發射信號頻率之間的差值f_d，就可以求出目標的徑向速度v_r，計算公式如下：

其中，c是光速，f₀是中心頻率。

2、測距

雷達測距采用FMCW，即調頻連續波方式。調頻連續波是一種受調制的連續波，其主要表現為頻率隨時間變化，時域信號如圖：

調頻連續波通過發射機發出，在經過τ時間后被接收機接收，接收到的信號與本振有S_τ的頻差，調頻連續波收發示意圖如下：

接收時間τ，滿足以下公式：

其中，d是雷達到被測目標的距離，c是光速。

接收信號與本振的頻差S_τ，滿足：

 

3、測角

雷達系統可以通過多天線估算反射信號的角度，該角度也成為到達角（AoA）。

圖9. 雷達到達角示意圖

雷達的最大角視場有雷達可以估算最大的到達角來界定。兩個間隔的天線的最大視場：
 

由此可以推出±90°的視場角需要兩個天線間隔。
雷達角度測算原理示意圖如下：

圖10. 雷達測角示意圖

由距離差引起的兩個接收天線信號的相位差為：

其中，為兩個天線的間距，為目標到雷達的角度，為發射頻率的波長。

 

四、平交路口預警微波雷達功能特性

 

2、多車道多目標

3、抗干擾低誤報

4、全天候全天時

受制于光學的物理特性，激光雷達、紅外與視頻等在雨雪、沙塵等極端天氣環境下，工作可靠性會受到影響。微波雷達能全天候全天時工作，在暴雨、大雪、漆黑及空氣污染等惡劣環境條件下也能提供高可靠性的探測。此外，微波雷達能夠“看穿”墻壁、戶外綠化帶等其他物體，這是激光雷達、紅外與視頻所不具備的能力。

五、微波雷達技術在其它領域的應用

微波雷達早期被應用于軍事領域，隨著雷達技術的發展與進步，微波雷達傳感器開始應用于智能交通管理、道路安全預警、汽車電子等民用領域，物位與物液檢測等工業領域。除以上平交路口智能預警輔助外，巍泰技術其他雷達產品在智能交通管理與其他道路安全預警領域同樣有著廣泛應用。

1、卡口測速雷達

圖11. 卡口測速雷達工作示意圖

目前，TBR-100已通過公安部安全與警用電子產品質量檢測中心檢驗評定，并獲得《計量器具型式批準證書》與國家測速儀型式評價實驗室（公安）的《計量器具型式評價報告》，可作為交通管理部門在高速公路、城際公路、城市干線公路、城鄉低等級公路等交通事故多發地段進行違法超速抓拍取證的依據。

2、移動測速雷達

巍泰技術（武漢）有限公司交通信息檢測側裝微波雷達TBR-310融合高清攝像機、控制抓拍主機、后備電源蓄電池等設備集成的便攜式測速一體機，可實現交警移動抓拍違法超速車輛的需求。TBR-310集成24.15GHz單片微波集成電路技術與先進的信號處理技術，可實現超速車輛的精準觸發抓拍，抓拍率高達99%，具有觸頭、觸尾、雙觸、持續等多種觸發方式，誤拍率低；測速精度高，調試簡易、穩定性高，可探測1~4個車道多個車輛目標，具備車道劃分、抗多車并行干擾等功能；環境適應性強，其檢測性能不受光照、灰塵、雨雪等外界環境干擾。對降低固定測速設備不完善路段、事故多發路段的交通事故率，控制超速行為發生意義重大。

3、車速反饋屏雷達

車速反饋屏的技術核心部分是車速反饋雷達，對實時反饋來車速度，提醒司機不要超速并將車速降到安全范圍起到至關重要的作用。車速反饋雷達一般是采用微波雷達技術實現的，其檢測區域大約為車速反饋屏前部30m到150m的范圍內，這也是雷達波所能覆蓋到的區域。巍泰技術（武漢）有限公司車速反饋儀雷達TBR-300，測速反饋儀雷達TBR-510與TBR-511基于微波技術原理與測速算法，可適應多種環境，不受天氣、光照強度影響，分別準確檢測200m、150m與80m的來車速度，并可直接與LED顯示屏連接，將檢測結果輸出至顯示屏，連接方式簡單，安裝維護方便。可廣泛應用于高速公路、城市道路、國省道路、縣鄉道路等各等級公路，產業園區、住宅區、學校、醫院周邊，彎道、隧道等需要進行速度提醒控制的區域。

4、智能交通信息檢測雷達

根據城市道路環境特點與應用需求，巍泰技術（武漢）有限公司基于多普勒效應測速技術與FMCW原理測距技術，推出了可檢測車速、車流量與平均車速的側向安裝（側裝）交通流量監測雷達TBR-540，以及可以準確檢測車速、平均速度、車流量、車型、車道占有率、車頭時距、交通擁堵情況、車輛逆行狀況等交通基本信息的正向安裝（頂裝）的廣域多目標雷達WTR-470與交通流量計雷達WTR-422。其中，WTR-470與WTR-422均采用了毫米波技術原理，可分別檢測雙向6車道與8個車道上的128個目標車輛的深度信息，并進行實時跟蹤，具有不受光、熱、霧、煙、灰塵等外界環境因素的影響，抗干擾能力強，環境適應性好，全天候不間斷工作的特性。

基于以上微波雷達測速測距功能，在多個路段上安裝多個微波車輛檢測器，通過這些微波車輛檢測器可以不斷地獲取大量連續的動態交通數據，這些數據可為研究道路交通狀態的時空變化規律奠定重要基礎。

5、彎道會車預警雷達

巍泰技術（武漢）有限公司彎道與路口預警雷達WTR-510與WTR-511基于微波雷達多普勒效應測速原理，可分別對150m與80m檢測區域內的各類型機動車輛、非機動車輛進行全天候長距離檢測，并分析來車方向、來車距離、行駛速度等；檢測準確度高，抗干擾能力強，檢測結果不受溫度與氣候條件影響；低電平信號輸出，功耗低，性價比高，可支持太陽能供電，并同時檢測多個車道；安裝維護簡單，不需要中斷交通。

圖15. 彎道會車預警系統與彎道預警雷達工作示意圖

當雷達檢測到來車時，速度反饋屏會顯示來車實時速度，并通過與對向彎道會車預警系統的聯動，發送來車預警信號給對向彎道會車預警系統，對向彎道會車預警系統收到預警信號后顯示紅色“前方來車”字幕，警示燈爆閃黃光，同時語音警報響起“前方來車，請減速慢行”。通過彎道會車預警屏（預警系統），駕駛員在進入彎道前就能了解到前方對向/盲區車道上的車輛行駛信息，與自己的車輛速度，對駕駛員有警示和提示的作用，從而有效提醒駕駛員減速，謹慎駕駛通過彎道。常規狀態下，彎道會車預警LED屏顯示綠色“彎道慢行”字幕，警示司機前方彎道，小心慢行。

巍泰技術（武漢）有限公司行人監測雷達WTR-830可實現無交通信號燈控制的人行橫道線處行人過街狀態檢測，為車輛駕駛員提供及時可靠地預警數據支撐。WTR-830采用FMCW體制，綜合運用數字波束合成等技術，具有測距精度高，測角分辨率高及虛警率低等優點；可對25m監測區域內的過街行人進行準確監測、精確定位與穩定跟蹤，并支持監測區域設置，人車分類監測、越界監測、進入/離開區域監測，行人速度、數量與方位監測等；具備低電平控制信號輸出功能，可聯動路側發光警示、智控裝置等，實現人行橫道線處行人過街狀態信息輸出，支持多場景、多環境下的人員監測、人數統計與安防預警等。

7、霧區車輛尾跡警示雷達

根據JT/T 1032-2016標準要求：防追尾警示模式中的車輛檢測模塊最大檢測距離不小于20m，檢測準確率不低于95%。巍泰技術（武漢）有限公司霧區車輛檢測雷達WTR-560與WTR-561基于微波雷達技術原理，可實現對霧天、雨雪天、夜間等低能見度環境中動態和靜態目標車輛進行的快速捕捉和警示燈光觸發；無須敷設電纜、無須破壞道路及路面側裝結構、無須增加附加立桿或橫桿，安裝施工方便；連接方式簡單，可直接與燈光預警系統連接；檢測距離可達25m，檢測精準、零誤報；不受風、光照、溫度、濃霧變化等外界環境因素干擾，并可穿透煙、灰塵和霧等準確識別跟蹤目標車輛，幫助實現霧區車輛防追尾預警。
 

當無車輛通過時，誘導裝置的黃色誘導燈同步閃爍，紅色警示燈處于關閉狀態；當雷達檢測到車輛通過時，觸發上游特定組誘導裝置的紅色警示燈點亮，形成紅色尾跡提示后車：前方有車輛存在以及前后跟馳車輛的安全行車間距。此時，其他誘導裝置的黃色誘導燈同步閃爍，當車輛向前行駛經過下一組誘導裝置時，紅色尾跡會與車輛動態同步前移。

巍泰技術（武漢）有限公司作為專業微波/毫米波雷達傳感器解決方案提供商，在智能交通管理與道路安全預警等相關領域有著十年以上的產品研發、制造與應用經驗。公司研發生產的微波/毫米波雷達傳感器產品包括卡口測速雷達、移動測速雷達、車速反饋屏雷達、智能交通信息檢測雷達、彎道會車預警雷達、路口哨兵預警雷達、行人過街預警雷達、霧區車輛尾跡警示雷達等近30款。此外，公司憑借長期的技術沉淀、良好的產品性能，已獲得國內外眾多知名企業的認可與廣闊的市場應用。