联网高速公路是怎样测速的？微波雷达大有用处

前几日听闻一个“不幸”的消息，8 月 1 日起江苏联网高速公路全路网启用区间测速！对于我这种常年散养的外放一族来讲又得小心了。

那么测速到底是怎么实现的？今天我们就来巴拉巴拉。

测速点除了常见的“爆闪灯”之外，旁边还有一个微波雷达。

雷达产生的是连续波信号不间断的覆盖扫描区域。凡是通过检测线的车辆，其反射波也被检测到，于是就立即计算出车辆的速度了。为了增加检测的准确性，有的还在马路下面埋设环形线圈，比如大多数的十字路口，车辆通过会引起线圈磁场的电感量变化，并上传给控制系统，以此满足对车辆的准确检测需要。能够全天候地精确地检测公路上的车辆行驶状况，车辆类型，是拖车还是大货车。

那么它具体是如何工作的呢？这里就先要简单说下雷达的工作原理了。雷达是利用发射波和反射波之间的关系去探测物体的。雷达所用的波可以是声波、超声波、电磁波（包括微波）、红外波等，虽然所有的波都可以用于雷达技术，但要根据不同的检测目的和检测对象去选择不同的波。微波是一种电磁波，微波用于雷达技术是发挥微波特性的重要应用之一。微波雷达的检测应用有很多，有用于检测物体的距离和速度的，有用于定位的，有用于检测云层气象的，有用于探测地下结构的等等。

雷达技术用在汽车上比较常见的是防撞雷达。汽车防撞毫米波雷达防碰撞系统是以雷达测距、测速为基础的。防撞雷达系统实时监测车辆的前方，当有危险目标（如行驶前方停止或慢行的车辆）出现，雷达系统提前向司机发出报警，使司机及时做出反应，同时雷达输出信号到达汽车控制系统，根据情况进行自动刹车或减速。比如人站着不动，火车响着汽笛从远处开过来，你会感到汽笛的音调越来越高，也就是汽笛声音的频率越来越高，当火车响着汽笛远离而去时，你会发现汽笛的音调会由高变低，也就是汽笛声音的频率越来越低。

毫米波防撞雷达系统有调频连续波（FMCW）雷达和脉冲雷达两种。对于脉冲雷达系统，当目标距离很近时，发射脉冲和接收脉冲之间的时间差非常小，这就要求系统采用高速信号处理技术，近距离脉冲雷达系统就变的十分复杂，成本也大幅上升。因而汽车毫米波雷达防撞系统常采用结构简单、成本较低、适合做近距离探测的调频连续波雷达体制。

调频连续波 FMWC 雷达优点：

• 因为使用更低功率，比脉冲雷达 价格低。

• 仅 1 个周期的发射信号就可以获得目标物的速度与距离。

• 探测精度完全依赖于发射性能。

汽车毫米波雷达频段：

• 79 GHz Sensors: BSD, PDS

• 77 GHz Sensors: ACC, CM

• 24 GHz Sensors: CM, BSD

24/26 GHz 频段主要用于(车辆间距确认等)，而 77/79 GHz 频段更重点用于（人与物体）的距离确认。

24 GHz 窄带雷达频率：-24.05 至 24.25 GHz，OBW：200 MHz，分辨率：1 至 3 m；

24/26 GHz UWB 雷达，OBW：4.5GHz，分辨率：10 至 15cm；（其中日本是用的 JPN : 22-29G， 24.25-29 GHz）

77GHz 波段雷达频率：76GHz～77GHz，OBW：500 MHz 到 1 GHz，分辨率：1 到 2 米。

79 GHz 波段雷达频率：77 至 81 GHz，OBW：4GHz，人与物识别。

对比 24/26GHz UWB 与 76GHz 雷达，79GHz 雷达具备更高分辨率。

FMCW 汽车雷达系统包括天线、收发模块、信号处理模块和报警模块或汽车制动装置。雷达系统通过天线向外发射连续调频毫米波信号，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。一般调制信号为三角波信号。反射波与发射波的频率相同，只是在时间上有一个延迟△t，△t 与目标距离 R 的关系可表示为：△t=2R/c，其中 c：光速。延迟距离是发射器和物体距离的两倍。

发射信号与反射信号在某一时刻的频率差即为混频输出的中频信号频率△f。

根据三角关系可得出目标距离 R 为：R=△f*[c*T/(4△F)] ，也就是说，目标距离与前端输出的中频频率成正比。

FMCW 雷达测距原理（对于运动目标）

如果反射信号来自一个相对运动的目标，则反射信号中包括一个由目标的相对运动所引起的多谱勒频移 fd。

在三角波的上升沿和下降沿输出中频频率可分别表示为：

fb+=△f-fd

fb-=△f+fd

其中 f：目标相对静止时的中频频率；fd：多谱勒频移，其符号与目标相对运动的方向有关。根据多谱勒原理，目标的相对运动速度 v 为：

v=(fb- - fb+)*c/(4*f0)

=λ(fb- - fb+)（5）

式中 f0：发射波中心频率：发射波波长。

速度 v 的符号与目标相对运动的方向有关，目标靠近时 v 为正值，反之 v 为负。三角波上升沿和下降沿的中频信号频率由 DSP 进行 FFT 变换得到。

现在我们知道了雷达测速的基本原理是通过发射电磁波与接收电磁波的时间差来计算相对距离，同时是通过电磁波的照射来发现目标，那么问题来了，脑洞一下：如果歼 -20 低空飞过测速点，能测到速度吗？

审核编辑 黄昊宇