双通道连续波多普勒雷达测速模型仿真_刘邹

E 式 X ( k ) = x ( n) WNnk ( 0 [ k [ N - 1), 其 中 WN =
n= 0
- j2
eN
P。在
傅立叶变换中采样长度
N
的选择由频 域最小 分辨率
$fm in 决 定, N \
fs 。由于速度检测要求误差在 $fm in
?
2km
/h 内,
则模拟频率最 小分辨率确定在一定的 范围内, 在采 样频率 fs
Simulation M odel for Dual- channel CW D opp ler Radar SpeedM easurem ent
L IU Zou, ZHOU J ie, ZHANG J ian- p ing
( Schoo l o f Communications and Contro l Eng ineer ing, Jiangnan U n iversity, W ux i Jiang su 214122, Ch ina)
首先编程 调取采集到的 通道数 据文 件中 的 x( n) 后, 每
一帧数据中令 f = ff t( x ( n), 1024) , 即利 用 M atlab 中 提供的 函数 / ff t( ) 0 计算采样序列 x ( n) 的数字频谱。再求取 f 的模
值 F ( n), 并对每一帧中 的 1024个模值分段 计算求取平均值 作为每段的平 均噪声信号值, 取一帧数 据中的最小 平均噪声 信号值为这一 帧数据的噪声电平为 m in(N o ise ), 它 是一个动
位置 n
<
512, 即 n在前
512范围内, 则 fd
=
1
n 02 4
@
fs,
目标处
于来车区间; 如果目标所处位置 n \ 512, 即 n 位于后 512区
间内, fd
=-
1024 10 24
n
@
fs,
fd
为负,
确定 目标为去车。确 定
fd
后由 (3) 式计算得到目标速度, 根 据 n 所处 区间判断 出相应
2. 2 测速模型 在 M atlab环境中, 模拟 通道信号的 采样输入, 应 用快速
傅里叶变换及相应的 去噪 计算、信 号门 限比较、数据相 关运
算得到目标回波信号 的频谱, 由多普勒 定律求出运 动目标的 速度和运动方向, 由此建立的测速仿真 模型的流程 如图 1所 示。
图 1 M at la b仿真系统流程
< ( t) 为回波的相位; I称 为 / 同相分量 0; Q 称为 / 正交分量 0。
测速模型的设计 就是根据两路正交信号 的特性, 通过模 拟 I /Q 通道信号的输 出作为模型的系统输入 量, 经 过频谱分 析得到目标的多普勒 频率, 根据 (3) 式求得运 动物体 的径向 速度并判断运动方向 。
第 25卷 第 11期 文章编号: 1006 - 9348( 2008) 11 - 0270- 04
计算机仿真
2008年 11月
双通道连续波多普勒雷达测速模型仿真
刘 邹, 周 洁, 张建平
(江南大学通信与控制工程学院, 江苏 无锡 214122)
摘要: 在交通测速中, 使用的双通道连续波多普勒雷达具有两路 I/Q 正交通道, 通过对两路通道的回波信号采集处 理得到运 动目标的速度和运动方向。建立一个测速模型, 通过 M at lab 的 M 文件对算法编程完成, 实现通道信 号的设定读取 处理并确 定运动目标的仿真目的。模拟两路 AD 同步采集的 I /Q 信号作为模型输入, 一路通道的数据为实部 另一通道的数 据为虚部 对应为实部和虚部组合的复数形式, 以每采集到的 1024个组合数据为一帧, 在仿真环境中进行快速 傅里叶变换得 到采集信 号的频谱, 并经过数据相关后确定目标的频率点 位置和多 普勒频率, 根据多普 勒效应计 算得到目 标的速度 和方向, 完 成仿 真。结论表明, 文中设计的测速模型可以针对不同目标的模拟输入仿真输出相应目标的速度和运动方向, 仿真效果理想。 关键词: 双通道连续波雷达; 测速; 快速傅里叶变换 中图分类号: TP391 文献标识码: A
2 测速系统
2. 1 多普勒频率和测速原理 根据多普勒效应 , 利用运动目标回 波的多普勒 频率计算
运动目标的速度和运 动方向, 当发射的 雷达波速遇 到运动物 体返回时, 其回波信号有如下关系:
收稿日期: 2007 - 07- 28 修回日期: 2007- 11- 20
) 270 )
f0c =
f0 +
来车时 I 通道超前 Q 通道相位 90b, 两路信号完全 正交,
加入零均值随机噪声 信号后的系统输入为:
x = ( I1 + I2 + R ) + j @ ( Q 1 + Q 2 + R ) 其中, R 为零均值随机噪 声。仿真采集到的结果如图 2所
示, 每一路采集点 1024个, 采集 1帧数据长度, 上图为 I 通道
ABSTRACT: U sed in tra ffic speed m easurement, the dua l- channe l CW radar has two quadra ture channe ls o f I/Q. Through acqu iring and treating the signa l o f the quadratu re channels synchronous ly, the target. s v elocity and d irection can be obta ined. P rog ram ing the M - file in M atlab to m ake a speed m easurem ent mode.l T he sim ulation result show s that the model can ge t the correspond ing output o f the velo icty and d irec tion w ith different targ et input s igna .l KEYW ORDS: Dua l- channe l CW rada r; Speed m easurem ent; FFT
由 于频域 中通道 信号的 幅度和 相位误差 将产生 镜像频
率, 影响系统目标结果。帧内数 据中 需要对 建立 的目 标序列 做相关处理, 在 M 文件编程中设 立相关窗 和境频 窗, 消除镜
频目标来确立 目标的频率点位置, 即 n的值。
根据 n的 值计算目标的多普勒频 率为 fd, 并由式 ( 3) 得 到目标的速度 。fd 由目标 的频率 点位 置确定, 如果 目标 所处
1 引言
在交通测 速技术中, 有地圈感应测速、激光、雷达和视频 测速, 根据各种测速 设备的 性能 和特点, 雷 达测 速应用 最为 广泛。其中双通道连续波多普 勒雷达是一种 体积比较 小、性 能比较好的测速 雷达, 便于 系统 的组装 安放 和携带 , 检 测准 确度高。它具有两路正交的 I /Q 通道, 两路通道信 号的输出 为目标的多普勒 频率, 相位 的关 系反映 目标 的运动 方向, 工 作时相位正交一致性 好。根据 这种测速雷达 通道的特 性, 本 文设计了一种测 速模型, 仿 真对 运动目 标的 速度测 量, 实现 利用这种双通道雷达 测速的可能性和准确性。
) 271 )
度 A 1, 通道相位 < 1 ( t) = < 2 ( t) 两通道正交; 另一目标 为 I2、
Q2 频率 f2 = 4500H z, 幅度 A 2, 相位情况相同。
I1 = A 1 co s[ 2Pf1 + < 1 ( t) ]
( 5)
Q 1 = A 1 sin[ 2Pf1 + < 2 ( t) ]
虚部 d 2( n) = Q ( 0), Q ( 1) , Q ( 2), ,, Q ( 1023);
( n = 0, 1, 2, ,, 1023)
则 x (n ) = d 1(n) + j @ d 2(n), 对所得的复数 x( n) 进行
N = 1024的快速傅里叶变换 FFT, 得到变换
N- 1
数据下图为 Q 通道的模拟采集数据。
车和去车的方向判断就 会出现错误, 但 不会影响目 标的速度 值。
3 实际信号仿真分析
现场道路 采集时使 用 DSP 芯 片的 两路 AD 转 换通 道采 集雷达信号, 连续采集 5帧长度, 数据容量 1024点 @ 2 路 @ 5 帧。采集的测试 目标 移动 速度 20km /h, 沿雷 达天 线法 所占 道路向雷达靠近行驶, 即目标径向速度为 20km /h方向 来车, 旁边道路存在 其它行驶车辆干扰, 通过 仿真需要准 确检测出 测试目标。
= 25000H z固 定后, 综 合考 虑 N 的 取值 N = 1024, 则 得到
$fm in =
1 N
f
s
=
24. 41H z, 由式 ( 3) 可以计算得到目 标检测速
度的最小分辨 率 $VRm in,
$VR m in
=
3@
105 km / s @ 24. 41H z = 2 @ 24. 15GH z
0.
55km /h
满足测速误差 ? 2km /h的精度要求。
2. 3 仿真方法
根据图 1中 所示建立起来的测 速模型流程, 使用 M atlab 编程语言编制 成独立的 M 文件建立这一模型, 可以设定读取
输入数据, 进行频谱分析, 速度计算 Nhomakorabea方向的 判断, 并能以图 像形式输出目 标, 完成仿真测速的目的。
态的噪声门限 。
由 于通道 信号中 会存在 多个强 弱频率的 信息和 噪声干