毫米波雷达
摘要
许多传感技术解决了交通监控的难题基础设施，包括交叉路口控制，速度跟踪，车辆计数 预防和碰撞。77-GHz毫米波(射频)互补金属氧化物半导体)技术及其结果传感器在环境不敏感方面具有固有的优势鲁棒性，距离和速度精度和系统集成。“透明国际”的简化硬件和软件提供-包括评估模块(EVM)参考， 介绍
运输系统是一个重要的组成部分迁移个人所需的基础设施快速、高效、安全的运输他的整个世界。这些基础设施集中于感知交通区域周围的情况收集有助于基础设施建设的数据对变化作出反应。交通工程师利用这些数据建立统计数据并帮助确定未来的基础设施而司机则利用这些数据提供帮助管理他们的路线。这个信息的价值显然，既然智能交通系统市场预测更及
流动性缺口到2022年超过636亿美元。传感技术检测车辆这样由于汽车、摩托车和自行车的普及不考虑环境条件的范围
例如雨、雾或灰尘。“透明国际”设备集成了一个76-81 GHz的雷达前端有ARM®微控制器(MCU)和数字信号处理器(DSP)核心用于单片机系统。这些集成的装置使a测量距离、速度和角度的系统的对象，同时合并先进的算法用于目标跟踪、分类或应用特定功能。流量监控应用程序交通拥堵通常集中在阻塞点或量大的区域，等很大的一部分的交通监控系统是专门为监控周围车辆行为和交通流量十字路口和高速公路。在十字路口周围，交通工程师在寻了解有关的具体信息和遥测以对交叉路口的情况作出反应并收集交通统计数据。车辆信息可以包括它的范围从一个十字路口停止酒吧，速度，占用车道和类型(大小)。一个各种应用都可以使用这种车辆信息,包括:•动态绿光控制-实时调整绿灯时间，使更多车流以一定的方向穿过交叉路口，取决于交通密度。•统计收集-持续监测随时间变化的交通流量率和交通类型。当收集了许多十字路口，统计能帮助揭示改进的需要吗对基础设施的更改。•黄灯计时(两难区)(预防)-根据交通速度和类型实时调整黄灯配时。
图1所示。可以放置交通传感器的交叉路口示例在停止杆(1)或在交通柱(2)上交通柱的优势在于，他们不需要安装在路面
图1显示了an的典型挂载使交叉口传感系统有了对迎面而来的车辆有最大的能见度。对于近距离传感器，如电感回路，这通常指安装于巷道内。用于非接触传感器，如视觉和传感器，传感器通常位于a上交通柱或靠近十字路口中心的地方，并抬高了几米以上的道路
视线清晰。在杆上安装传感器具有不需要安装的优点在行驶过程中损坏路面或影响传感器
率和安全性多种多样条件，但设计师面临无数的感应挑战包括:•测量位置和速度。有用的卵磷脂小体
交通数据需要这两方面的知识交通位置和流量。周围的关键因素交集包括测量范围从停止杆和接近的车辆速度。为了最大限度地收集有用的数据，a传感系统应该能够测量两者道路上车辆的位置和速度。•全天候操作。一个交通基础设施传感器位于自然位置在户外，必须能够穿越有的环境变化。这种变化可以包括昼/夜照明及恶劣天气像雨，雪，雾和灰尘。•高速物体检测结束扩展范围。最大化传感器的能力预测交通行为驱动系统效率。传感器必须能够检测以更长的时间来衡量快速行驶的交通距离。能够感知更远的车辆远离十字路口使灯能更好的控制绿和黄的持续时间抢占的传入流量。•的准确性和性能测量。没有准确的测量-车辆位置和速度-交通数据是无用的。准确地理解车辆车道位置，车辆距离传感器和车辆速度是至关重要的交通监控的有效运行基础设施。今天的流量监控技术让我们回顾一下几种正在使用的传感技术今天在交通监控应用中，开始随着这些技术在市场上的作用，以及它们实施的优缺点。下一页的表1总结了这一点传感技术的信息。
表1。流量监控中的现有技术包括它们的优缺点。
感应圈传感器电感回路传感器使用绝缘的，电的导电导线穿过电缆的切口巷道。电脉冲通过电线，当金属车辆经过时环，使车身产生涡流改变回路电感的形状。一个电子传感系统可以测量这一变化在电感中，表示车辆占有的时间一个空间或经过。感应回路传感是一种
简单的技术这已经在交通中使用多年了基础设施。这是很容易理解的，但是已经做到了几个缺点。检测仅限于a“存在”在环安装的地方，这个系统的规模要求每一个zone和lane在交叉路口有自己的环路。也许最大的负面是安装或修复这些系统需要挖掘在路面上。这种维护要求
特殊人员和设备，可关闭道路。把它和常短的结合起来感应回路系统的维护周期(1以两年计)，且总成本为归纳循环系统快速合成。摄像机和视觉传感器摄像机和视觉传感器使用视频图像处理器从a中捕获图像数据互补金属氧化物半导体(CMOS)相机的传感器和图像分析，以便确定交通行为。这些系统可以强大的工具不仅测量交通行为在在十字路口和高速公路上，还要实时传输视频运营商。尽管基于视觉的强大和灵活性系统，技术工作很有挑战性与。视觉系统容易被误检测如变化的环境条件-白天/夜晚周期，阴影和天气——直接影响这些系统“看”的能力。“这些愿景挑战需要先进的信号处理和算法。电感式回路传感器相机和应用传感器24-GHz雷达•使用绝缘线内部切割在巷道•测量的导线感应变化当车辆经过时•摄像头内置视频图像处理器传感器数据和分析图像确定交通行为•分立组件组装创建用于交通定位的24ghz雷达和速度优点•充分理解使用和应用•各种强大的算法应用程序•用于记录和监控的视频•对天气变化不敏感环境•雷达扩展了摄像机的范围(60 m +)•测量速度
的内在能力缺点•安装/维修会造成交通中断•维护周期短•仅在交叉口附近检测•没有测量速度/速度•两轮车辆检测差•需要复杂的信号处理忽略阴影，遮挡，白天/晚上周期•没有测量速度/速度
•易受环境变化影响•角度分辨率低于相机•有限的集成设计复杂性•较低的范围/速度性能vs。更高的频率范围表1。流量监控中的现有技术包括它们的优缺点。强劲的交通和交叉口监测
2018年5月5日使用毫米波传感器24-GHz雷达在交通监控市场上，一种颇受欢迎的技术是24ghz雷达。雷达已独特的优势在传感空间发挥进入了交通监控应用程序。雷达已能够内在地测量位置和从物体的速度来看，这就有了新的见解在交通监控中的应用，如速度传感和车辆定位。作为一个非接触技术上，雷达的射程扩大了视觉系统，50米以上。雷达对光线和天气变化也不敏感条件，使其适合户外感应和检测。实现雷达有一定的挑战然而,解决方案。今天的雷达解决方案需要多个离散的组件来创建一个完整的解决方案。这种集成的缺乏增加了设计复杂性和代价是系统尺寸，成本和功耗。76 GHz - 81毫米波雷达江苏数智元科技公司已经创造了一个组合基于毫米波的创新传感器)雷达在76 GHz - 81 GHz操作
频带。这些传感器集成了射频(RF)雷达技术与强大ARM和集成在一个单片上CMOS模，并包在一个10.4 mm×10.4-mm包。这使得小的形状因素用于精确测量量程，速度和角度的对象在视野以及通过先进的技术整合实时智能能够检测、跟踪和分类的算法对象。这些功能可通过传感器组合，以适应不同的系统架构和用例，如图2所示。的的独特特性和能力传感器使它们特别适合交通监控应用程序。测量位置和
图2。mmWave信号处理链。
图3。距离，速度和角度信息从传感器在一个示例停车场场景。蓝背景的图形是距离/速度热图，其中移动和非移动的物体及其速度是可识别的;绿背景的图形是a范围/角可视化。彩框突出了场景中移动和不移动的车辆和行人。
卷取机在各种天气条件下操作
对于那些熟悉雷达应用的人RF信号传播，你们可能已经知道了有穿透和穿透的能力感觉通过不利的天气条件这样像烟，雾和雨。这种能力使传感器的鲁棒性和稳定性是一个解决方案持续的户外感应在不受控制和变量的环境。高速物体检测完毕扩展范围
江苏数智元科技公司的传感器采用快速调频连续波雷达(fast FMCW)是一种新型雷达七十七-千兆赫范围，这两者的组合与传统雷达系统相比有几个优势。快速FMCW雷达采用了发射啁啾的设计雷达信号从哪里开始扫描频率到停止频率为每个啁啾。在示例如图4所示，扫描是从低位开始的
频率与时间图描述了一个快速FMCW帧，其中B是啁啾带宽，T是啁啾重复时间(可以是(数十微秒)，T·M是在一帧中总的主动啁啾时间。帧时间包括一个空闲时间，可能是几十的毫秒。频率到高频。在最简单的设计中，一个帧由几个相同的啁啾组成profile重复了很多次，后面跟着an重复之前的空闲时间。发射信号从发射台发射出去天线和反射不同的物体。的
接收信号由接收天线接收阵列并与传输信号混合形成一种去除啁啾的信号，经过滤波、采样和进一步处理以检测场景中的物体。IWR1642传感器有一个快速斜坡坡度使快速重复导致高啁啾最大速度测量。一个典型的斜坡坡度配置的11兆赫/可实现chirp重复次数在几十微秒内。这使直接目标速度测量超越每小时100公里。额外的DSP处理可以扩展最大速度由另一个3倍到4倍使最大目标速度超过300公里每小时可跟踪，使IWR1642传感器一个合适的传感器为快速移动的交通场景，如那些在高速公路和匝道附近。通过与天线的结合设计RF啁啾配置，77-GHz雷达系统是否可以很容易地检测到目标，比如车辆射程150米或以上。通过结合许多增加处理增益的重复啁啾，即使是IWR1642评估模块(EVM)一个120度的视场可以实现车辆探测范围中心可达135m查看天线增益最高的地方。这对于集中安装的流量来说是很实用的传感器，因为车辆的角度分布这段距离的几条车道都很小。其他天线设计特别打算增加天线阵的方向性可以抵消视场的影响额外的范围。在一个流量监控用例中，两种宽视野天线都设计为~100度视野，以及更窄的视野设计低至20到40度，是潜在的有用的取决于特定的几何形状十字路口或道路的细节应用程序。测量的准确性和性能综合处理的快速FMCW雷达能够测量范围，径向速度和场景中多个目标反射器的角度，每秒很多次。这有助于更高级处理的场景判读，包括识别和跟踪许多车辆。对于交通监控应用程
毕达哥拉斯定理
序，频率频段提供高达1 ghz的扫描带宽而在24ghz频段只有200mhz。这使得增加的范围分辨率一样好15厘米——这是5倍的范围分辨率而不是24ghz。速度分辨率是主动啁啾的函数时间和载频。因此,77 GHz提供比24 GHz更好的3倍速度分辨率在相同的激活时间内。速度可达到每小时1公里或更细的分辨率处理和内存资源的边界IWR1642传感器。
城市分区规划
示例使用/架构IWR1642传感器IWR1642传感器是一种基于雷达的传感器集成了快速FMCW雷达前端与两者一个集成的Arm R4F单片机和一个DSP用于高级信号处理。配置对雷达的前端依赖传输信号的配置以及作为射频的配置和性能收发信机，天线阵列的设计，以及可用内存和处理能力。此配置会影响密钥性能系统的参数，如分辨率
紧箍咒口诀范围和速度，最大范围和速度，以及角分辨率。 在为交通监控用例设计啁啾配置时，首先考虑场景的几何形状 方位角和仰角的视场，以及感兴趣的范围。 让我们举一个例子，一个四车道的交叉口，雷达传感器安装在头顶上。 做一些关于SI的假设 车道、中间线、人行横道、停车杆和架空传感器安装的ZES和定位，至少25度的方位角视场将覆盖停车杆，并接近60米的巷道 。 图5展示了这个例子中的流量监控几何。
对于这个例子，假设天线方向图使这个方位视场具有两个发射天线和四个接收天线 方位角估计，而在仰角轴视场是一个狭窄的15度，没有仰角处理。 图6显示了示例高程几何。 作为一个更宽的方位视场120度和更宽的仰角视场22度，但它有足够的天线增益，以实现60米范围的车辆检测因此，让我们作为中程示例啁啾配置的基础。传感器的可配置性允许设计的灵活性，以适应不同的用例 交通监测。 在确定了交叉口的基本几何形状和天线方向图后，考虑了一些目标性能参数并平衡了TR，进行了啁啾设计在传感器的设备收发器能力
的背景下，这些参数之间的权衡。 特别是考虑最大范围作为起点。 让我们概述两个例子。 一个 是一个70米的中等范围，包括传输多输入多输出(MIMO)处理，以提高角分辨率。 另一种是没有MIMO的长距离185米设计 加工。 在这两种情况下，在设置最大范围后，在权衡中平衡范围分辨率和最大速度，以达到最佳范围分辨率，同时达到最大值速度要求。 将速度分辨率提高到内部雷达立方体存储器的实际极限，也增加了收发器的有效范围。 这是可能的进一步e 用附加处理将最大啁啾速度扩展到有效速度估计的四倍或更多倍于最大啁啾速度。 这种额外的处理使跟踪和速度成为可能 远高于车辆公路速度。 示例啁啾设计从表2所示的输入参数开始，使用天线模式进行中程示例yo 你将期望看到小型汽车的啁啾限制范围为70米。对于远程示例，您将期望看到汽车大小的车辆高达185米，这取决于TH的大小 汽车。 中程示例啁啾和帧设计包括使用时分复用。 在这种情况下，两个发射天线被载波波长的两倍分离，并且在帧期间，两个天线之间的啁啾传输交替。 因此，来自每个天线的接收信号具有双倍的啁啾重复周期，以及一半的啁啾
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