高清雷达车辆测速系统设计方案.docx

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高清雷达车辆测速系统设计方案

高清雷达测速系统设计方案

2014年8月

第一章前言简介

以领先的技术、优良的商品、完善的售后服务、微利提取的原则服务于社会。

为您提供的产品，关键设备采用高质量进口合格产品，一般设备及材料采用国内大型企业或合资企业的产品，各种产品企业都通过ISO9001国际质量体系认证。

有一支精良的安防建设队伍，由专业技术人员为您设计，现场有专业技术人员带领施工，有良好职业道德施工人员。

我公司用户拥有优质的设计施工质量和优质的售后服务保障。

第二章高清雷达测速系统

一、测速方案设计：

成像系统：

工业级高清晰390万摄像机，清晰度高

抓拍系统：

嵌入式KITOZERP智能抓拍一体化设计，稳定性好

测速设备：

俄罗斯奥维利亚窄波平板雷达，测速精准

补光设备：

高频防眩闪光灯，补光效果好，避免影响司机驾驶

结构设计：

成像、测速、抓拍等系统与立杆成“1”字型一体化安装，隐蔽性好

拍照数量：

1张400万JPEG照片，具备全部违法信息

二、系统功能

全天候测速功能，高速防眩闪光灯，确保日夜拍照清晰。

每次拍摄一幅JPEG图片，记录有时间、地点、实际车速、限速信息。

车辆类型、颜色、车牌号码及道路周边情况等清晰可辨。

具有高清晰度监控设计要求，不低于390万像素的图象解析度。

单套设备可抓拍1-3个车道

野外设备具有防雷、防盗、防水等设计。

具有远程控制和管理功能，可从指挥中心了解到设备运行情况并进行参数设置等管理工作。

断电自动恢复正常工作。

测速雷达能够自动区分行车方向

测速范围40－250KM/H

测速误差≤±3KM/H（速度＜100KM/H）、≤±3%（速度＞100KM/H）。

车辆捕获率为98%；违法捕获率：

≥95%

三、 系统特点

 采用俄罗斯军工平板矩阵小角度窄波雷达进行速度测量，测速精准、车辆定位准确，角度小可防电子狗检测；

采用工业级高清摄像机作为抓拍单元，可达390万像素，抓拍图片清晰，场景大，确保违法图片1张有效；

采用长寿命高频防眩光补光单元，确保24小时连续工作；

采用低功耗嵌入式KITOZERP技术，确保系统长期稳定；

采用一体化结构设计，集成程度高，安装简单方便，主机移动方便，支持虚实点共设；

采用“I型”杆安装，隐蔽性好，抓频率高，立杆成本低；

同向抓拍车尾，避免夜间补光刺激司机眼睛而造成交通事故

第三章手持抓拍雷达测速仪

智能交通电子及管理系统产品有：

手持式测速雷达、流动电子警察（雷达）、定点测速监控系统、道路交通监控系统、车流量采集雷达、逆行违章抓拍系统、移动式车牌稽查系统、道路卡口监控系统和交通治安防控系统，铁路驼峰雷达系列产品。

手持式雷达（KITOZER-7）技术方案

手持式雷达采用先进的嵌入式计算机技术、毫米波雷达技术和数码摄像技术，用于对超速车辆测速、抓拍取证。

该产品在传统雷达测速取证系统上，实现革命性突破，使整个产品集成到极限，能手持、车载使用，体积和重量大幅度降低，真正减轻了使用人员的工作强度。

一、产品功能特点

嵌入式系统，高度集成，轻巧便携，可手持操作、装在三脚架上使用或车载使用，体积小重量轻，对汽车安全性无任何影响。

导航菜单式操作，无须键盘，使用简单。

接口齐全（USB、Video等）、功能详尽。

内置CDMA无线传输模块，插入手机卡就可以使用，可现场处罚也可远程传输到处理中心。

配置4.0吋LCD显示屏，可现场查阅、导出、删除、放大/缩小/平移拍摄的图像。

超速抓拍：

对超速车辆自动抓拍、存储相关证据（时间、地点、限速、车速、证据图片等）。

可对雷达设定起拍速度、最高限速、最低限速。

可调节摄像机快门、焦距等参数。

具有静止/运动、同向/反向测速抓拍功能。

后台管理能力：

提供的后台管理软件可实现违法图片的整理、录入、处罚、打印、黑名单管理等管理功能。

系统功耗小，微型蓄电池或汽车电源供电，采用12V安全电压。

采用CF卡做系统存储介质，无机械硬盘，可靠性更高。

二、主要技术指标

（1） 雷达发射频率：

（35.1±0.1）GHz

（2）测速量程：

（20～250）km/h

（3）测速误差：

≤±2km/h（≤100km/h），≤±2%（>100km/h）

（4）工作电压：

DC12V

（5）供电方式：

蓄电池供电或汽车电源供电

（6）图像分辨率：

768（H）×576（V），采用1/4吋CCD

（7）变焦：

18倍光学变焦，12倍数字变焦

（8）快门速度：

1/4秒到1/10，000秒

（9）工作温度：

0-60℃，湿度：

0～95％（非凝结状态下）

（10）图像格式：

jpeg

（11）采用CF存储卡，存储量：

10000张图片及数据

（12）外形尺寸：

14cm×21cm×14cm（不含手柄）

（13）重量：

1.5kg（主机）

三、三种工作模式

1．手持式：

体积小、重量轻，可手持使用（类似于以前的测速枪），对过往车辆测速抓拍。

2．车载式：

采用专业加强型吸盘，能将设备吸附与汽车玻璃上，可车载使用，采用汽车点烟器供电。

3．移出三脚架式：

自带标准云台接口，可用三脚架固定于路边使用。

数字高清智能视频检测卡口/雷达测速系统

　数字高清智能视频检测卡口/雷达测速系统为我公司自主研发，具有自主知识产权及发明专利。

系统采用数字高清摄像机智能全视频动态采集、检测、抓拍、录像模式，对监控区域内所有进出过往车辆进行全天候自动抓拍、录像记录和雷达测速。

捕获率99.7%；视频测速准确率99.5%；车牌号平均识别率96%。

符合《GA/T497-2009公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》，通过公安部指定质量检测中心检测。

无需线圈或雷达检测触发，无需标清摄像机辅助检测触发。

本系统集数字高清图像采集、视频检测、判别、测速、抓拍、录像、车辆号牌实时自动识别、黑名单车辆比对/报警、存储、传输等诸多功能于一身，并具有强大的嫌疑车辆布控、查询、统计与报表打印等后台数据处理功能。

本系统利用先进的光电、视频检测、图像处理、模式识别等技术，通过对高清相机数据控制LED同步频闪补光灯联动控制，解决了光源对行驶安全影响的问题，符合国家、公安部相关标准。

前端单台主机可同时监控双方向六车道，二十四小时全天候工作，经长期运行，性能稳定可靠，尤其在夜间车辆记录性能上，处于国内领先地位，可广泛应用于省际或市际出入口、公路要道通行车辆实时监控与报警、超速车辆监控与报警、重要治安卡口通行车辆监控与报警。

为公安、交管部门记录逃逸车辆、打击肇事逃跑、盗抢机动车犯罪及处罚交通违章实时提供准确车辆信息和证据。

系统后台中心管理软件具备嫌疑车辆布控、GIS视频调用等多项创新功能，功能强大。

四、技术优势　　

1.数字高清摄像机智能视频检测、抓拍，捕获率99.7%；

2.前端单台主机可同时监控双方向六车道。

3.可对抓捕图像中的多个/多样车牌（包括民用车牌、武警、军车、外交等类型的牌照以及2002式牌照、摩托车牌，农用车牌等）进行快速识别，车牌号平均识别率96%。

4.抓拍图像清晰度高，可看清驾驶室人员面部表情（数字高清摄相机像素≥140万）。

5.对每辆车动态行进过程进行智能录像，自动保存；采用独有的压缩算法，既保证录像清晰，也保证其文件所占空间很小，充分满足存储和传输要求。

6.识别大、中、小车型和车牌颜色功能。

7.机动车流量、流速记录统计功能。

8.采用先进的车辆检测算法，捕获无牌车车辆。

9.黑名单智能比对报警及布控拦截功能。

10.传输断点续传功能。

11.自动注册功能，即路口主机可以自动搜索后台服务器，无须人工设置，解决了大型卡口系统复杂管理的问题。

12.自动实时巡检诊断，远程设置管理，异常情况自动报警功能。

系统后台中心管理软件功能强大

　　1.系统兼容与数据交换功能：

本系统可与公安局、交警、及交警总队相关系统对接；数据库可与本地/异地车管部门的各种类型的数据进行数据交换。

2.数据查询可以指定几十项查询条件，可模糊或精确查询查询；

图示：

数据查询

3.实时浏览前端抓拍数据

图示：

列表方式浏览

4.车流量多模式统计：

提供按时间、地点统计方式，统计结果以柱状图、饼状图、曲线图相结合的方式展现，并提供统计结果导出及打印功能。

5.系统前后台运行、操作及故障日志自动记录。

6.强大的权限控制功能，提供多级用户权限管理。

7.具备GIS视频、黑名单报警、嫌疑车辆布控拦截功能。

五、技术指标　　

1.车辆捕获率：

≥99.9%

2.车牌识别率：

≥96%（高于GA/T497-2004标准要求）

3.车牌识别准确率：

高于《GA/T497-2009公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》

4.抓拍时间：

≤40ms（实时抓拍）

5.抓拍车速范围：

5～220km/h

6.图像分辨率：

1600×1236pixel

7.色彩模式：

24位真彩色

8.压缩格式：

JPEG

9.白天图像大小：

240K（均值）

10.夜晚图片大小：

150K（均值）

1.图象清晰度：

能看清驾驶室前排人员容貌

12.主要记录数据：

车辆经过时间、地点、车牌号、车牌颜色、车型（大车、小车）、车速、是否超速、超速百分比

13.视频测速精度：

按《GB/T21255—2007》国标执行

14.电器装置:

过载、接地、漏电、短路保护装置

15.避雷装置:

符合国家相关电器安全标准

16.正常工作温度：

－30℃～＋70℃；

17.正常工作湿度：

≤95%；

18.防护等级：

符合IP55标准；

19.电源范围：

220V50Hz　±10%

第四章车辆监测用微波测速雷达的可靠性设计

用实例解说如何进行系统化的可靠性设计；介绍按系统级、电路级、结构级、综合级的设计方法；参数中心设计等现代概念的应用；发展自主创新商用电子产品的特点、难点和必须经过的历程。

 一、可靠性设计的主要基本参照文件

 GB/T11463—1989电子测量仪器 可靠性试验；

 GB6587.1－86 电子测量仪器环境试验总纲

                及GB6587系列文件；

 GB5080.1－86设备可靠性试验 总要求

                及GB5080系列文件。

 JJG527－2007机动车超速自动监测系统检定规程

 JJG528－2004机动车雷达测速仪检定规程

 二、测速雷达可靠性设计的目的和意义

1.    保证测速雷达产品符合国家和行业提出的相关可靠性标准；

2.    保证产品在使用民用级元器件和批量生产条件下，达到合理的合格率；

3.    保证产品在民用无维护、户外恶劣的应用环境下，具有合理的故障率；

4.    保证上述要求的低成本实现。

   以上四项要求事实上是产品能否生存的基本条件。

公路车辆测速雷达作为民用产品，不可能用苛刻的元器件筛选来满足产品合格率的要求，因为那样会大幅度提高产品造价；不可能要求用户具有专业的维护技能、遵从耐心的安装规则、和有清洁的安装使用环境；必须能适应长期户外的恶劣环境，包括－200C～＋700C的工作环境温度，以及雨、盐雾的侵蚀、雷电环境和电磁干扰；产品必须具有很低的故障率，稍高的故障率就会使产品被市场淘汰。

低成本又是紧要的限制。

为了达到这些目标，大量生产的电子产品，包括民用电子产品，其设计思想与军用或专用电子产品的设计思想就会有重大的不同。

军用电子产品通常采用性能最优化设计：

用当前可得到的技术资源，达到最好的设计指标。

成本，包括成量生产下的成本，对军用产品而言是次要的考虑因素。

因此，设计方案尽量完善，产品构成可以很复杂，可以使用各种支持技术附加到产品上。

大量生产的产品包括民用产品则完全不可能这样设计。

大量生产条件下，节约成本极为紧要。

对应用电子产品而言，只要产品能够满足应用需求，设计应力求精简。

精简设计带来的好处不仅仅是降低成本，而且更容易保证产品的可靠性。

精简设计要从总体方案的制定开始。

必须重新审视每一个可能的技术方案，寻求最精简可靠的方案。

在精简的总体设计中必须通过仔细的分析论证，提出保证技术指标的关键技术，并将解决关键技术作为产品发展的第一步。

在此基础上才能落实总体方案。

然后小心地进行电路和结构设计，保证产品满足应用需求和高的可靠性。

由于民用产品成本上的苛刻限制，对它的可靠性设计是一个挑战。

本文件具体说明我们在测速雷达设计中对可靠性的考虑。

 三、可靠性设计的基本思路

  系统级设计：

采用精简设计方案。

在满足技术要求的前提下，尽量避免使用繁杂的电路和结构设计方案。

  电路级设计：

采用降额设计原则；预保护技术；电路参数中心设计技术；低敏感度设计技术；抑制干扰的接地和布线技术；抑制干扰的屏蔽技术；电路的保护性设计；接口的保护性设计；以及电磁兼容性设计。

  结构级设计：

采用电路－结构一体化的设计方法，在保证电气特性的同时，还要保证结构满足环境应用需求。

需要考虑的技术问题包括：

壳体的刚性、密封性、易安装性、和环境适应性（温度、湿度、抗风、抗盐雾、抗振动能力）；结构的力学合理性；结构与电磁兼容技术的适应性；结构力学、声学振动对雷达性能的影响考虑。

  综合级设计：

指热设计、抗辐射设计、抗主动干扰设计；环保型设计考虑；包装、运输设计考虑等等。

本测速雷达不考虑抗辐射和抗主动干扰设计问题。

 四、系统级可靠性设计

  精简设计是经济型电子系统可靠性设计的基本思路。

本测速雷达的总体方案完全遵从精简设计的原则。

具体地说，在总体设计中考虑了

     使用最可靠又简单、有效的设计方案；

     对关键性的技术问题进行仔细论证和预先研究，保证达到技术要求，避免过度设计；

     避免使用繁杂的电路设计方案；

     避免在设计方案中使用对应用环境敏感的部件或组件。

在系统级设计方案中使用了下列设计考虑：

1.    微波发射源使用混合微波集成电路振荡器，而不用国外产品常用的GUNN振荡器。

这避免了GUNN振荡器可能出现的振荡频率跳模现象。

这种频率跳变现象特别敏感于起振时的环境温度和电源变化。

GUNN的振荡模式跳变常常具有不规则性，并会造成雷达测量的速度数据完全不可用。

使用混合微波集成电路振荡器可以消除跳模现象，保证了雷达测量数据的可靠性。

2.    从测速雷达的应用要求来看，雷达天线波束方向性图的质量是决定性能的关键。

这包括波束宽度，波束形状因子（－10dB宽度与－3dB宽度的比值），旁瓣电平，以及天线的辐射效率。

把这些指标做高，会大大减缓对雷达电路设计和数据处理算法的压力。

直接受影响的技术参数包括：

雷达的测速距离或灵敏度；雷达对车辆的定位准确性；雷达区分车辆的能力；雷达克服邻车道干扰的能力。

因此在本雷达中，对雷达天线设计下了深入的功夫。

天线在成量生产条件下方向性图的一致性很好，波束形状因子接近于2，旁瓣电平为－15dBi或更低。

这为雷达在批量生产条件下保证性能的一致性奠定了基础。

3.    雷达接收和信号检测使用了窄带系统方案，以达到低的噪声带宽。

尽可能减少微波收发系统中的微波器件，对于降低成本和提高可靠性很有意义。

4.    充分利用当前市场上可得到的电子器件的功能，达到简化设计、提高性能、和降低成本的综合目标。

5.    使用了单个高速KITOZERP信号处理方案，尽量不附加FPGA芯片。

这是鉴于所选用的高速浮点KITOZERP芯片功能强大，不贵。

我们的经验表明，充分发挥单个KITOZERP的作用，而不是用多片合作解决信号处理及相关问题可以减少多个器件互连可能引起的不可靠问题。

此外，系统功能的实现和扩充集中到KITOZERP软件工作上，更容易满足不同用户和应用环境提出的不同要求。

 五、电路级可靠性设计

1.降额设计

  采用了以下降额设计措施：

     所有元器件采用工业级，容许工作温度范围（－400C～＋850C）；储存温度范围（－650C～＋1500C）；

     电容元件的耐压高于工作电压2倍；

     电源模块上电容元件的耐压高于工作电压2.5倍；

     电阻元件额定功耗高于实际功耗3倍；

     电源额定输出功率高于实际输出功率2.5倍；

2.预保护技术

   对微波器件采用了特别的预保护技术。

这包括

     预短路技术，保证微波器件在安装过程中不会受静电或漏电的冲击而损坏；

     置偏和供电限制，保证微波器件不发生过流和过压问题；

     结构性保护：

微波电路有严格的加工工艺过程、对芯片粘贴和金丝绑定的加重措施、以及有专门的小型屏蔽保护结构。

3.电路参数中心设计技术

      对于大规模生产的电子产品，必须使用参数中心设计技术。

当设计指标给定时，原则上说，元器件参数容许在一个参数空间中取值。

而最佳或最合理的一组元件的设计值（称为中心设计值）应该这样来选取：

当任何一个元件参数的实际值偏离它的设计值在一个规定的离差范围内时，电路特性能够控制在一个规定的容许范围内。

可以理解，对民用电子产品特别是其中的模拟电路，使用参数中心设计技术特别重要。

使用了参数中心设计技术，可以避免对元器件的参数进行苛刻的筛选，可以大幅度地提高产品的成品率。

      实现参数中心设计必须使用计算机辅助设计和仿真（CAD&S）技术。

用电路特性的容限图作为基本限制条件。

从一个基本设计开始，对元件参数进行随机偏离试验，通过计算机仿真来寻找元件参数的（集合的）设计中心值。

这个过程称为MonteCarlo仿真。

不过，当电路中元件参数很多，特别是含非线性和温度相关特性时，这种基本的随机试验法计算工作量太大。

许多实施技术可以大幅度地减少计算工作量。

一种有效方法是区分重要参数和非重要参数，中心设计技术只对重要参数实施。

此外，在基本设计中，电路结构（拓扑）的选择非常重要。

不同电路结构的特性关于元器件参数变化的敏感度常常是不同的。

如果电路中含有温度敏感元件，例如希望补偿有源振荡器的频率漂移，那么必须对电路拓扑进行仔细分析，确认补偿的机制和合理性。

有经验的设计人员对不同的功能电路常常有一些经验的处理方法，可以很有效地实施参数中心设计技术。

      在测速雷达中，我们对雷达发射源的频率稳定性实施了参数中心设计技术。

振荡源器件的频率－电压关系是非线性的，这种关系随温度变化而变化。

振荡源器件特性的离差相当大，为大量生产条件下保证产品特性一致性造成困难。

鉴于微波发射源频率稳定性对测速雷达至关重要，在产品设计中作了专门考虑。

对频率稳定化电路实施参数中心设计的实践表明，所提到的困难能够得到克服。

本产品生产中，在无苛刻元器件筛选的条件下，生产的雷达可以在规定的全温度范围内（－200C～＋700C）达到24.15GHz±15MHz的频率稳定度（国家标准是±45MHz），并保证雷达生产达到合理的高成品率。

4.低敏感度设计技术

     当电路中含放大器等有源器件时，降低电路特性对参数变化的敏感度就很重要。

在本雷达系统设计中使用的方法有

     采用低阻信号通道进行传输和互连，降低电路匹配不完善可能引起的问题，降低杂散参数对电路性能的影响；

     限制每个放大器的增益和带宽，避免寄生振荡的可能性，保证产品特性的一致性；

     选用低敏感度中频滤波器设计方案，确保稳定性；

     采用宽输入电源设计。

额定外电源电压是＋12V，容许的电压范围是＋7V~+16V。

6.    抑制干扰的接地、布线和屏蔽技术

本雷达中采用了很精细的接地、布线和屏蔽技术。

大致说来，包括

    严格区分模拟地、数字地、电源地、外壳地，对这些地的互连进行了细致的分析和处理；

    对模拟和数字电路进行了隔离处理，特别是保证了弱输入模拟信号免除可能来自数字电路和电源电路的干扰；

    对微波、模拟和电源模块进行分别的屏蔽处理；

    对内部电路整体进行了防静电积累处理。

6.电路保护性设计

    针对外电源输入可能被用户反接的问题作了保护性设计；电源模块引入了限流、限压和短路保护。

    对电源的不同负载引入了解耦设计，防止数字电路通过电源对模拟电路发生串扰；

    对电路块的输出引入了短路保护设计；

    对功耗较大的电路引入了限流和限压设计；

    对易损电路器件如微波混频器采用综合性的保护设计，如预短路；防电冲击和过压；防装调过程中的不慎触及等。

7.接口的保护性设计 

    232接口的自保护能力不足，在用户不规范的使用情况下可能造成损坏。

为了强化232接口抗不规范外部使用条件的能力，在本雷达中采用了以下措施：

     给232接口输出芯片附加限流保护；

     在232输出线路上附加限流和限压保护。

8.电磁兼容性设计

   与测速雷达相关的电磁兼容性要求包括：

抗公路环境杂散电辐射的能力；抗电源和壳体引入电冲击的能力；抗下位微机引入杂散串扰的能力；在雷电干扰下系统保持正常工作的能力；系统承受静电放电冲击的能力；电源短时或持续中断后系统的重启能力；限制雷达系统对外产生无效辐射的水平。

这些要求在电路级可靠性设计的前述各项措施中大多数已加以考虑。

一部分额外的设计考虑如下：

        将雷达本体和壳体在电气上独立起来，它们之间通过高电阻互连，这可以避免壳体上感应的各种杂散干扰传导到雷达本体上，同时为雷达本体提供一个静电的释放通道，避免造成静电积累。

        对雷达电路各单元在断电后的自动重启作了仔细考虑，特别是从硬件和软件设计两个方面保证了KITOZERP处理单元的自动重启。

        雷达后板或壳体具有防止雷达数字－脉冲电路可能产生对外不良辐射的能力。

        雷达本体与外部的电气互连经过一个密封连接器进行，保证了密封连接器的导体与雷达壳体之间的绝缘强度。

        所设计的雷达天线通带约为24.15GHz±0.5GHz，有能力抑制现代交通和工业环境下产生的非故意强干扰和雷电干扰，因为这类干扰的频谱在1GHz以上时衰减很快。

雷达工作带宽很窄（约18kHz），有能力避开24GHz附近的常规非频率跟踪式故意干扰。

天线波束很窄，旁瓣在－15dB以下。

在应用中波束通常固定地指向车道上的一个固定照射区。

因此通过天线接收外界干扰受到频域和空域的双重限制。

六、结构级可靠性设计

1．电路－结构一体化设计方法

   一体化设计对微波收发前端特别重要，其基本思路是：

在保证微波收发系统性能的前提下，使用加工量最少和最紧凑的结构设计。

常用的措施包括：

    对微带电路必须有良好的屏蔽结构；

    在保证微波电路单元和单元之间对电长度和匹配需求的前提下，尽量缩短之间的距离；

    对微带电路强加空间的结构限制，保证正常传输的前提下，提高各个电路端口之间的隔离度，以及避免出现寄生传输和振荡模式；

    尽可能将各个微波功能单元进行一体化、平面化设计，尽量避免或减少微波功能单元之间额外的互连需求和同轴－波导－微带转换设计；

   按照以上原则我们将微波收发前端设计成以下形式：

使用一个天线底板，一面贴天线，背面贴微波收发电路，它们之间使用一个同轴结构直接互连。

微波收发电路设计得很紧凑，该电路使用一个屏蔽盖扣盖起来。

雷达的其他电路可以安排在收发电路周围，也可重叠安装。

2.结构可靠性的常规设计

  包括：

壳体