[发明专利]一种用于高速公路交通监测的无源雷达系统及其监测方法

权利要求书

1.一种用于高速公路交通监测的无源雷达系统，其特征在于，包括：定向天线、阵列天线、参考信号接收机、监测信号接收机、信号处理机、综合信息处理机；定向天线接收来自外辐射源的直达波信号，阵列天线接收来自设定的监视区域内散射和反射的外辐射源信号；

定向天线的输出端连接参考信号接收机的输入端，参考信号接收机的输出端连接信号处理机的第一输入端；阵列天线的输出端连接监测信号接收机的输入端，监测信号接收机的输出端连接信号处理机的第二输入端；信号处理机的输出端连接综合信息处理机的输入端，综合信息处理机输出所监视区域的高速公路交通状况信息；所述高速公路交通状况信息包括：车辆行驶违章信息以及车流量统计信息；

还包括确定扫描波位位置及数量；具体为：每个车道设置一个波位中心与车道中心线重合的波位，相邻两个车道的边界设置一个波位中心与车道边界线重合的波位；

信号处理机至少包括：空间信号处理模块，为每个波位同时产生两个部分重叠的相同波束，且两个波束重叠部分的交叠轴指向该波位的中心，进而产生相应的和波束与差波束；定向天线、阵列天线都安装在高速公路路面上方的龙门架上；龙门架的布设位置选址在已确定的外辐射源附近，并满足以下条件：

外辐射源位于参考链路定向天线直视视线的接收范围内，且直达的外辐射源信号在接收天线处的信号干扰噪声比不小于0dB；

信号处理机还包括：距离-多普勒信号处理模块、车辆信号检测模块以及车辆距离、速度与角度位置解算模块；距离-多普勒信号处理模块用于计算各波位的和波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数、计算各波位的差波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数；车辆信号检测模块对各波位的和波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数采用恒虚警率处理算法进行检测，当检测到存在车辆信号时，将该车辆信号对应的波位的和波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数、差波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数及其距离-多普勒单元位置传输给车辆距离、速度与角度位置解算模块。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速公路交通监测的无源雷达系统，其特征在于，龙门架周围所监视区域内的高速公路为直行道。

3.根据权利要求2所述的一种用于高速公路交通监测的无源雷达系统，其特征在于，阵列天线采用均匀线阵配置，其基线与龙门架的主横梁方向重合，阵元法线同横梁方向相互垂直并且指向待监视区域的路面。

4.一种基于无源雷达系统的高速公路交通监测方法，其特征在于，基于权利要求3所述的一种用于高速公路交通监测的无源雷达系统，来实现对高速公路的交通监测，包括以下步骤：

S1、参考信号与监测信号接收；参考信号来自外辐射源的直达波信号，监测信号来自设定的监视区域内散射和反射的外辐射源信号；

S2、对当前波位接收到的监测信号进行波束形成，产生和波束与差波束；

S3、分别计算当前波位的和波束信号、差波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数；

S4、采用恒虚警处理算法在当前波位的和波束信号处理支路的距离-多普勒互相关函数的信号单元中检测是否存在车辆信号；若检测到存在车辆信号，则确定该车辆信号对应的波位及其距离-多普勒单元位置，然后执行步骤S5解算车辆参数；否则表示该波位内不存在车辆，不进行车辆参数解算；

S5、计算检测到的车辆信号的车辆距离、速度以及方位位置；

S6、重复步骤S2～S5，直到完成对所有波位的检测；

S7、根据检测到的车辆信号的车辆距离、速度以及方位位置，得到车辆的行驶状态。

5.根据权利要求4所述的一种基于无源雷达系统的高速公路交通监测方法，其特征在于，步骤S5具体为：

S51、根据距离解算公式计算出检测到的车辆信号与阵列天线孔径之间距离；

S52、根据车辆速度解算公式解算出车辆的车速；

S53、根据对应波位的和波束信号、差波束信号与参考信号的距离-多普勒互相关函数，计算车辆相对于其所在波位中心的方位偏离角，即得到车辆方位位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于无源雷达系统的高速公路交通监测方法，其特征在于，还包括对高速公路的车流量进行监测，具体为：在设定的观测时间内，对每个波位上所检测到的车辆信号进行计数，得到该波位对应的车辆数量；然后对所有波位的检测车辆数量求和，再除以观测的时间，得到高速公路的车流量。