雷达测速原理简介及系统应用

测速雷达原理

雷达原理简介

首先，大家必须先了解雷达的基本原理，因为雷达仍是当前用来检测移动物体最普遍的方法。雷达英文为RADAR ，是Radio Detection And Ranging 的缩写。所有利用雷达波来检测移动物体速度的原理，其理论基础皆源自于「多普勒效应」，其应该也是一般常见的多普勒雷达(Doppler Radar)，此原理是在19世纪一位澳地利物理学家所发现的物理现象，后来世人为了纪念他的贡献，就以他的名字来为该原理命名。

多普勒的理论基础为时间。波是由频率及振幅所构成，而无线电波是随着波而前进的。当无线电波在行进的过程中，碰到物体时，该无线电波会被反弹，而且其反弹回来的波，其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若无线电波所碰到的物体是固定不动的，那么所反弹回来的无线电波其频率是不会改变的。然而，若物体是朝着无线电线发射的方向前进时，此时所反弹回来的无线电波会被压缩，因此该电波的率频会随之增加；反之，若物体是朝着远离无线电波方向行进时，则反弹回来的无线电波，其频率则会随之减小。下图为多普勒雷达(Doppler Radar)的基本原理图标：

CS R-28测速雷达所应用的原理，就是可以检测到发射出去的无线电波，与遇到运动物体反弹回来的无线电波其间的频率变化及I 通道和Q 通道的相位变化。由频率的变化，依特定的比例关系，而计算出该波所碰撞到物体的速度。由I 通道和Q 通道之间的相位关系，计算判断运动物体是朝着无线电波的方向前进或朝其反方向前进。

根据多普勒原理，由于雷达发射和接受共用一个天线，且运动目标的运动方向与天线法线方向相一致，运动目标的多普勒频率fd 符合下列关系式。

(1) f d = 2V r f t C

将（1）式变为

（2） 其中Vr 为目标运动速度；C 为电磁波在空气中的传播速度，是一个常数；ft 为雷达的发射频率，是一个已知量；fd 为测量到的运动目标引起的多普勒频率，其测量精度由石英晶体振荡器保证，并由计算机处理,进行速度换算并送到显示屏显示。

当我们要在车阵中测量最快车速、最慢车速、和最近车速时，此时，雷达天线所接受到的反射波是三种波形都有，我们通过对所有的反射波运用特定的数学模式进行计算，便可得出最快、最慢、和最近车速。同时，通过对I 及Q 的相位计算来判断来车和去车。我们可通过CS R-28测速雷达的键盘来选择需要测量的速度模式及方向模式。

Cosine 因子

这里所说的Cosine 就是以前大家所学的数学三角函数，像是sin,cos,tan...，所谓的Cosine 因子说明如下：

•

雷达要正常地发挥测速功能，该雷达必须与被测车辆同一路径。 • 就如同移动电子警察测速照相系统一般，若雷达置放的位置与车辆行经的路径有一

个角度，并不平行的话，则雷达所检测到的速度将比实际上来的慢，测到的速度为车辆的实际速度在X 方向上的投影。而所减低的速度将正比于偏斜的角度取cosine 值，简单地说，就是偏斜的角度越大的话，检测到的速度将比实际速度低的越多。 例如测速雷达置放的位置与车辆路径呈20度的夹角，虽然当时车子实际速度为105公里/小时，但被检测到的时速应为105xcos(20)=98.67公里/小时，本来应是超速的，但在雷达上检测到的速度就出现误差。

• 移动电子警察这类的测速照相系统也会考虑到Cosine ，所以会添加一些补偿电路，

来修正这样的误差，不过因为每次置放的角度都不同，因此在补偿误差时，必须经过正确的设置才行，该设置值必须经过原厂的调校才能有较精准的表现。

• 因此可以得到一个结论「Cosine 因子永远都是偏袒驾驶人的」

V r = f d C 2f t

测速地点的选择

既然大家已经了解雷达测速的基本原理，其实是由车辆所反射回来的电波来计算车速，那么在道路上一些不会动的物体，如路标、路灯等，会不会影响雷达波的反射呢？由于路标、路灯等物体的体积都很小，尚不会对雷达电波生成太多的影响，但如果是一些较大的物体，如建筑物、停在路旁的大卡车，或是高速公路上一些路段的大型路标、广告板等，这些物体就一定会影响到雷达电波的反射，也就是说即使路上没有车辆经过，警方所使用的测速雷达还是会检测到一些数据，只是这些数据可能速度都是0而已。不过大家也不要以为在路上看到大型路标时就可以尽情超速了，因为一旦车辆位置超过了路标，而离雷达波越近的物体所反射的雷达波会越强，此时您还是会被检测到超速的。

然而，在大多数雷达使用手册中，很明确地指出「理想的测速照相地点，应该位于空旷无阻碍且没有大型反射物的道路上；在开始测速之前，选择地点是相当重要的；操作员在开始前，必须在车流前，选择一视线良好的位置，该视线上不能有如「公车候车坪」、「大型路标」、「金属栅栏」、「防撞护栏」等物体」。

校正与测试

警方在每次使用测速雷达开始及退出时，都必须先用音叉校准及测试，而且这些动作都必须纪录下来，以确保测得的数据的准确性，校正后的误差必须在 1公里/小时以内。

巡逻测速方式注意点

巡逻方式测量时，巡逻车速来自地面的雷达回波,由于路面情况、车辆的密度各不相同，再加上巡逻车本身的摇晃、跳动都会对测速带来影响。因此，注意下述诸点，才能得到准确、可靠的速度值。

1、巡逻方式时，目标车的速度是巡逻车自身车速与目标车速之间的速度差或和。所以为了使示值更加准确，务必保持巡逻车本身的尽可能恒速。

2、当同向测速时，巡逻车本身的速度非常重要。建议巡逻车本身的速度至少小于被测目标车速10km/h，否则将不会显示目标速度。

3、阴影效应

巡逻方式测量时，巡逻车速由来自地面反射的雷达回波而测量出来的,当前方同向车辆较多，同时目标车速与巡逻车速相差无几，此时若巡逻车与目标车距离很近，同向行驶的目标车辆的微波反射强度会取代地面反射的微波，而使得雷达难以准确识别巡逻车速，此时，巡逻车速有可能丢失，而造成测量错误。因此，建议巡逻车与目标车保持一定的距离。