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CS-12雷達(dá)測(cè)速儀與激光測(cè)速儀LIDAR的原理及應(yīng)用比較
2012-04-13 09:57:49 來源：廖猛在交通工程上，速度是計(jì)量與評(píng)估道路績效和交通狀況的基本重要數(shù)據(jù)之一。速度數(shù)據(jù)的搜集方法有許多種，包括人工測(cè)量固定距離行駛時(shí)間、壓力皮管法、線圈法、影像處理法、雷達(dá)測(cè)速法與激光測(cè)速法等。其中后兩者屬于攜帶容易而且精確度高的方法，因此廣受采用。
超速行車在交通違規(guī)中占有*比例，此一現(xiàn)象可從高速公路過去四年間違規(guī)告發(fā)項(xiàng)目中，超速案件比例均在三分之二左右看出端倪，而超速行車一直被認(rèn)為是肇事之重要因素之一；因此從交通*觀點(diǎn)而言，取締超速系比較具體的維護(hù)交通安全之手段。國內(nèi)取締違規(guī)超速一向以雷達(dá)測(cè)速槍當(dāng)工具，徑行舉發(fā)案件則輔以照相設(shè)備；只是近年來，雷達(dá)偵測(cè)器盛行，價(jià)格普及化之后，即使法規(guī)明令禁止使用，一般民眾仍趨之若騖，因?yàn)槠鋬r(jià)格只需逃避一至兩次取締的機(jī)會(huì)即可完全回收成本。以交通工程觀點(diǎn)來看，駕駛?cè)巳粞b有雷達(dá)偵測(cè)器，則路邊定點(diǎn)所測(cè)得的車速即會(huì)因駕駛?cè)烁兄軠y(cè)速，誤以為*人員執(zhí)行取締而有普遍減速現(xiàn)象；除造成數(shù)據(jù)失真外，并因而有引起事故之可能。
行車速度的計(jì)量與評(píng)估方法有許多種，包括雷達(dá)測(cè)速法、激光測(cè)速法、影像處理法、線圈法，以及皮管壓力法和固定距離所行駛的時(shí)間等。其中雷達(dá)測(cè)速法、激光測(cè)速法、影像處理法、線圈法在實(shí)際運(yùn)用中廣泛采用，而雷達(dá)測(cè)速儀攜帶容易，精確度高，使用方便，在運(yùn)動(dòng)中也能實(shí)現(xiàn)車速檢測(cè)，更加適合于“流動(dòng)電子*”，所以雷達(dá)測(cè)速儀是我國公安交管部門配備*多的測(cè)速設(shè)備。影像處理法和線圈法一般多應(yīng)用于交通要道的路口和市際卡口，其測(cè)速精度比雷達(dá)測(cè)速法和激光測(cè)速法略低。
2 CS-12雷達(dá)測(cè)速儀與美國ACI激光測(cè)速儀STAKLER的比較
2.1 激光測(cè)速儀
激光測(cè)速儀是采用激光測(cè)距的原理。激光測(cè)距（即電磁波，其速度為30萬公里/秒），是通過對(duì)被測(cè)物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時(shí)間差，來確定被測(cè)物體與測(cè)試點(diǎn)的距離。激光測(cè)速是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度。
激光測(cè)速儀采用激光測(cè)距原理。激光測(cè)距是通過對(duì)被測(cè)物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時(shí)間差，來確定被測(cè)物體與測(cè)試點(diǎn)的距離。激光測(cè)速是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，從而得到被測(cè)物體的移動(dòng)速度。激光測(cè)速具有以下特點(diǎn)：
�。�1）由于激光光束基本為射線，故測(cè)速距離相對(duì)于雷達(dá)測(cè)速有效距離遠(yuǎn)一些，可測(cè)l 000m外；
（2）測(cè)速精度高，誤差
�。�3）激光光束必須要瞄準(zhǔn)垂直于激光光束的平面反射點(diǎn)，而被測(cè)車輛距離太遠(yuǎn)且處于移動(dòng)狀態(tài)，或者車體平面不大，而導(dǎo)致激光測(cè)速成功率低、難度大，特別是執(zhí)勤警員的工作強(qiáng)度很大、易于疲勞。
�。�4）激光測(cè)速器不可能在運(yùn)動(dòng)中使用，只能在靜止?fàn)顟B(tài)下應(yīng)用。因此，激光測(cè)速儀不能稱之為“流動(dòng)電子*”。在靜止?fàn)顟B(tài)下使用時(shí)，很容易被司機(jī)發(fā)現(xiàn)，因此達(dá)不到預(yù)期目的。
�。�5）價(jià)格昂貴，現(xiàn)在經(jīng)過正規(guī)途徑進(jìn)口的激光測(cè)速儀（不含取景和控制部分）價(jià)格至少在一萬美元左右。
2.2 雷達(dá)測(cè)速儀
雷達(dá)測(cè)速的原理是應(yīng)用多譜勒效應(yīng)，即移動(dòng)物體對(duì)所接收的電磁波有頻移的效應(yīng)，雷達(dá)測(cè)速儀是根據(jù)接收到的反射波頻移量的計(jì)算而得出被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度。
雷達(dá)測(cè)速的原理是應(yīng)用多普勒效應(yīng)，因此具有以下特點(diǎn)：
�。�1）雷達(dá)波束比激光光束（射線）的照射面大，因此雷達(dá)測(cè)速易于捕捉目標(biāo)，無須精確瞄準(zhǔn)；
（2）雷達(dá)測(cè)速設(shè)備可安裝在巡邏車上，在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)車速，是“流動(dòng)電子*”非常重要的組成部分；
（3）雷達(dá)固定測(cè)速誤差為±1 km/h，運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)誤差為±2 km/h，完全可以滿足對(duì)交通違章查處的要求；
（4）雷達(dá)發(fā)射的電磁波波束有一定的張角，故有效測(cè)速距離相對(duì)于激光測(cè)速近一些，*遠(yuǎn)測(cè)速距離為800 m（針對(duì)大車）。
（5）雷達(dá)測(cè)速儀技術(shù)成熟，價(jià)格適中。
�。�6）雷達(dá)測(cè)速儀發(fā)射波束的張角是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)。張角越大，測(cè)速準(zhǔn)確率越易受影響；反之，則影響較小。
雷達(dá)測(cè)速儀以其價(jià)格便宜，測(cè)速準(zhǔn)確，使用方便和能在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)車速檢測(cè)，被我國公安交管部門作為超速處罰的首選工具。
3 多普勒原理
雷達(dá)測(cè)速儀的工作原理是多普勒原理，也是所有利用雷達(dá)波來檢測(cè)移動(dòng)物體速度的原理，其理論基礎(chǔ)皆源自于“多普勒效應(yīng)”。
波是由頻率及振幅所構(gòu)成。無線電波在行進(jìn)過程中，碰到物體時(shí)會(huì)反射，而且反射回來的波，其頻率及振幅都會(huì)隨著所碰到的物體的移動(dòng)狀態(tài)而改變。若物體朝著無線電波發(fā)射的方向前進(jìn)，此時(shí)所反射回來的無線電波會(huì)被壓縮，因此該電波的頻率會(huì)隨之增加；反之，若物體朝著遠(yuǎn)離無線電波方向行進(jìn)，則反射回來的無線電波其頻率會(huì)隨之減小。這就是多普勒原理。
測(cè)速雷達(dá)所應(yīng)用的原理，就是檢測(cè)發(fā)射出的無線電波及反射回來的無線電波之間的頻率變化。由這兩個(gè)不同頻率的差值，便可以依據(jù)特定的比例關(guān)系，計(jì)算出該波所碰撞到的物體的速度。即：
fd=2/c（Kfov） （1）
其中v為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度；c為電磁波在空氣中的傳播速度，是一個(gè)常數(shù)；fo為雷達(dá)的發(fā)射頻率，是一個(gè)已知量；K是單位換算系數(shù)為3.6/106；fd為測(cè)量到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的多普勒頻率 ，其測(cè)量精度由石英晶體振蕩器保證，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行速度換算后送到顯示屏顯示。
4 雷達(dá)測(cè)速波段
目前，美國聯(lián)邦電訊委員會(huì)FCC規(guī)定*測(cè)速頻道有Xband，K band，Ka band三種，它們所對(duì)應(yīng)的微波頻率分別為10.525 GHz，24.150 GHz，33.40～36.00GHz。
我國無線電管理部門規(guī)定的*測(cè)速頻道同美國FCC會(huì)規(guī)定的測(cè)速頻道相同。其區(qū)別在于我國對(duì)Ka band的頻率作出了更加具體的規(guī)定，為35.100 GHz。
另外，歐洲規(guī)定的*測(cè)速頻道有：
Ku band：13.450 GHz，K band：24.125 GHzX band雷達(dá)形狀為圓形，采用連續(xù)波發(fā)射，測(cè)速距離為150 m~4750 m，但容易受到干擾，通常只能在車陣中檢測(cè)到*輛車子的速度。且前X band雷達(dá)較少與照相系統(tǒng)搭配使用，屬于早期的測(cè)速儀器。其*高速范圍介于200km/h~300km/h。
K band測(cè)速雷達(dá)可以是手持式，也可以裝在*上和照相設(shè)備共同構(gòu)成“流動(dòng)電子*”，現(xiàn)在國內(nèi)警方使用的絕大部分都是這種測(cè)速雷達(dá)，K band流動(dòng)式測(cè)速照相系統(tǒng)功率較弱，且不易被干擾。目前雷達(dá)偵測(cè)器的偵測(cè)距離非常短，測(cè)速照相系統(tǒng)可加裝閃光燈便于夜晚執(zhí)行工作。其*高速范圍介于200 km/h~320 km/h。
Ka band雷達(dá)與K band測(cè)速雷達(dá)相似，由于其微波頻率更高，測(cè)速范圍較為集中，所以更加不宜被干擾�，F(xiàn)在國內(nèi)用的這類雷達(dá)主要是安徽銅陵生產(chǎn)的采用連續(xù)波發(fā)射的測(cè)速雷達(dá)。
有矛必然就會(huì)有盾，隨著雷達(dá)測(cè)速儀的蓬勃發(fā)展，反測(cè)速雷達(dá)（俗稱電子狗）也誕生了。反測(cè)速雷達(dá)是一種檢測(cè)雷達(dá)測(cè)速儀的設(shè)備，安裝在汽車內(nèi)，可以在一定距離內(nèi)檢測(cè)到周圍是否有雷達(dá)測(cè)速儀。在汽車行駛過程中，當(dāng)汽車靠近雷達(dá)測(cè)速儀時(shí)則會(huì)發(fā)出聲音，提醒司機(jī)降低車速。太靈敏的反測(cè)速雷達(dá)誤報(bào)的可能性也大一些。有些反測(cè)速雷達(dá)運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，可以對(duì)電子眼違章攝像系統(tǒng)、線圈感應(yīng)式測(cè)速系統(tǒng)提前播報(bào)并數(shù)字顯示目標(biāo)距離。這樣一來電子狗成了測(cè)速裝置的天敵，但是過高的行駛速度對(duì)駕駛安全危害很大，并且當(dāng)出現(xiàn)雷達(dá)提示時(shí)如果急剎車也容易造成事故，因此安全駕駛才是*重要的。
隨著科技不斷的發(fā)展，電子對(duì)抗技術(shù)不斷成熟，相信對(duì)付反測(cè)速雷達(dá)會(huì)有相應(yīng)的解決方法。
世界發(fā)達(dá)國家的測(cè)速裝備比較完善。例如在高速公路上，既有固定地點(diǎn)進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)，也有許多巡邏車穿梭于公路間進(jìn)行移動(dòng)測(cè)量。
5 雷達(dá)測(cè)速儀應(yīng)用中的先進(jìn)技術(shù)
目前世界發(fā)達(dá)國家的雷達(dá)測(cè)速裝備比較先進(jìn)，如DSP技術(shù)在90年代初就已經(jīng)開始應(yīng)用于*；“*快速度跟蹤技術(shù)”于90中期開始應(yīng)用；“方向感應(yīng)技術(shù)”也于1998年開始普及；至于*新的“同車道測(cè)量技術(shù)”也于近年被國外的交管部門大批采購。
雷達(dá)為利用無線電回波以探測(cè)目標(biāo)方向和距離的一種裝置。全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機(jī)，因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測(cè)方面，它能用來偵測(cè)暴風(fēng)雨；在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可幫助領(lǐng)港人員及機(jī)場航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。
數(shù)字天線通訊技術(shù)的出現(xiàn)不但提高了雷達(dá)抗干擾的能力，同時(shí)大大提高了雷達(dá)測(cè)量的準(zhǔn)確性。比如斯德克DSP型雷達(dá)，它的每一個(gè)天線實(shí)際上有兩套微波線圈和兩套A/D轉(zhuǎn)換線圈。這兩個(gè)微波線圈成90°方向同時(shí)提供多普勒信號(hào)。在計(jì)算單元內(nèi)，所有通道的數(shù)字化多普勒信息被送到DSP線圈。每個(gè)高速的DSP線圈于是便對(duì)每一個(gè)通道的信息進(jìn)行綜合的傅立葉快速變換，以獲得每一個(gè)目標(biāo)的方向。
*快速度跟蹤技術(shù)；當(dāng)雷達(dá)正在測(cè)量一輛目標(biāo)車速度時(shí)，有一輛更快的車駛來，*快速度跟蹤技術(shù)的出現(xiàn)不但讓操作者可以繼續(xù)對(duì)目標(biāo)車進(jìn)行跟蹤測(cè)量，同時(shí)雷達(dá)還將顯示更快車的速度。
同車道技術(shù)。對(duì)于雷達(dá)測(cè)速難題中講到的同車道測(cè)量難點(diǎn)，*新技術(shù)的產(chǎn)生已不再需要操作者用眼睛估計(jì)和手工輸入“較快”和“較慢”目標(biāo)以便計(jì)算目標(biāo)車讀數(shù)，雷達(dá)能夠自動(dòng)識(shí)別巡邏車前的車速快慢并將目標(biāo)車速度計(jì)算出來，這使得同一車道的操作跟相反車道模式操作同樣精確和簡單。
方向感應(yīng)技術(shù)。先進(jìn)的方向感應(yīng)技術(shù)允許操作者去選擇特定的交通方向進(jìn)行監(jiān)控。不論目標(biāo)車是不是距離*近的車輛，也不論它是 同一車道還是相反車道，雷達(dá)都可自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行速度測(cè)量并顯示相關(guān)信息。
測(cè)速雷達(dá)主要系利用都卜勒效應(yīng)（Doppler Effect）原理：當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。目前，國內(nèi)基本局限于一般性測(cè)量且測(cè)量結(jié)果較粗糙，在先進(jìn)技術(shù)的使用方面仍然存在很大差距。相信隨著交通道路的不斷擴(kuò)展，超速管理方面的裝備也將會(huì)逐漸完善，使用雷達(dá)測(cè)速儀，使司機(jī)安全駕駛，減少超速行駛，達(dá)到減少事故的發(fā)生。
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