【WORD格式论文原稿】高分辨率交通监测雷达的信息提取算法1.doc

高分辨率交通监测雷达的信息提取算法1 李勇，陶满意 南京航空航天大学信息科学与技术学院，南京（210016） E-mail: limack@nuaa.edu.cn 摘 要：交通监测雷达是雷达技术在民用领域中一项新应用，如何获取准确的车流信息一直 是该技术实用化研究的重点。本文以逆合成孔径雷达信号处理原理为基础，建立了该类雷达 系统侧视工作的测速几何模型，引入了基于最大修正峰度的距离对准算法，有效地提高了雷 达的监测效能。点目标信号仿真数据的处理结果表明，该算法可以准确地估计出移动目标的 移动速度并能提供车辆长度信息，为交通监控提供了新的途径和方法。 关键词：交通监测雷达；多普勒参数；最大修正峰度；速度测量 中图分类号：TN957 1．引 言 对公路上行驶车辆的监测是雷达技术在民用领域的一项重要的应用。在实际的应用中， 主要有单纯测速和对车辆进行综合监控两类，前者主要使用在高速公路或需要限速的城市道 路，测量的结果作为处罚的依据，后者主要用于监控车辆的行进方向、速度、车长以及车辆 大小等信息，此时雷达一般安装在道路的一侧实施侧视检测。本文研究雷达技术的第二类应 用，即信息监测，雷达安装在道路的一侧，距离地面有一定的高度，用来监测某一时刻车道 内行驶车辆的信息。通常，使用基于雷达技术的车辆检测仪包括微波雷达和激光雷达。激光 雷达测量精度高，但只能一次测量一辆车，而且对测量偏角要求较高，应用受到一定限制， 相比而言基于微波技术的雷达检测仪应用更为广泛。基于微波雷达技术测量车辆的速度从本 质上是对车辆回波多普勒频移的测量，而多普勒频移的产生是由于车辆与雷达之间存在相对 的径向运动，在由于雷达位于道路的一侧，处于侧视的工作状态，雷达与车辆之间的径向运 动所产生的多普勒频移很小，如果车辆的速度较慢，并且车流量比较大时，通过直接测量多 普勒频移获得的车辆速度误差很大。因此，为了更好测量车辆速度等信息，需要寻求更好的 方法。 逆合成孔径雷达(ISAR)可全天时、全天候地获取目标的二维高分辨雷达图像,为实现目 标的准确分类与识别提供了重要的保障。ISAR 通过目标与雷达之间的相对运动获得高的方 位向分辨力。本文采用 ISAR 技术，同时对多个车辆测速，为了提高测速的效率，简化算法 的复杂度，在正侧视的条件下发射线性调频脉冲信号，然后对接收到的回波信号利用距离多 普勒算法(RDA)[1]]进行处理分析，由于是在正侧视和小孔径的条件下，可以忽略距离的徙动 (RCM)。对方位向调频斜率估计时，本文采用最大修正峰度距离对准算法[2]-[7]，可以测量出 车辆移动的速度，并进而估计出车辆的长度[8]。 本文第二部分介绍监控雷达工作的模型及其信号特性，第三部分介绍检测算法原理，第 四部分对仿真信号的处理结果进行了详细分析，最后给出了结论。 2．信号模型与检测算法 2.1 信号模型 要想获得理想的检测算法必须对监测雷达建立模型，然后采用适当的速度检测方法。在 1本课题得到教育部高校博士点基金新教师项目（No. 20070287053）的资助。  正侧视的条件下雷达位置和波束在地面覆盖区的简单几何模型如图 1 所示[1]： h x R0 R(t )  y 图 1 监测雷达几何模型 雷达的发射信号采用具有线性调频特性的脉冲，可以写成： S (τ ) = w (τ )exp(j 2πf τ + jπK τ 2 )  （1） t r 0 r 雷达接收到的目标回波信号可以写成： S (τ , t) = A w (τ ? 2R(t) / c)w (t ? t  ) exp{j2?f (τ ? 2R(t) / c) + j?K (τ ? 2R(t) / c) 2 + j?} r 0 r a c 0 r (2) 由图 1 的几何模型可以得到目标与雷达的距离方程： 2 2 2 2 2 Va t R(t ) = R0 + Va t ≈ R0 +  2R0 (3) 其中Va 为目标的移动速度，R0 为目标离雷达最近时的斜距， t 为相对于最近点位置的方位 时 间（慢 时间变化 ）， tc 为 目标经 过波束中 心的方 位时刻 ， f 0 为载波 的频率 ， τ wr (τ ) = rect( Tr 快时间变化。  ) ，Tr 为脉冲持续时间， wa (t) = pa  {θ (t)} ， pa (θ ) 为单程方向图，τ 为  2.2 方位向多普勒参数分析 在正侧视情况下，斜视角θ r .c = 0 ，则 t = tc 处的多普勒中心频率正比于式（3）中 R(t ) 的变化率，于是  f = ? 2 dR (t )  = ? 2Va t c