CS-12雷達測速儀與激光測速儀LIDAR的原理及應用比較
2012-04-13 09:57:49 來源：廖猛
在交通工程上，速度是計量與評估道路績效和交通狀況的基本重要數據之一。速度數據的搜集方法有許多種，包括人工測量固定距離行駛時間、壓力皮管法、線圈法、影像處理法、雷達測速法與激光測速法等。其中后兩者屬于攜帶容易而且精確度高的方法，因此廣受采用。
超速行車在交通違規中占有*比例，此一現象可從高速公路過去四年間違規告發項目中，超速案件比例均在三分之二左右看出端倪，而超速行車一直被認為是肇事之重要因素之一；因此從交通*觀點而言，取締超速系比較具體的維護交通安全之手段。國內取締違規超速一向以雷達測速槍當工具，徑行舉發案件則輔以照相設備；只是近年來，雷達偵測器盛行，價格普及化之后，即使法規明令禁止使用，一般民眾仍趨之若騖，因為其價格只需逃避一至兩次取締的機會即可完全回收成本。以交通工程觀點來看，駕駛人若裝有雷達偵測器，則路邊定點所測得的車速即會因駕駛人感知受測速，誤以為*人員執行取締而有普遍減速現象；除造成數據失真外，并因而有引起事故之可能。
行車速度的計量與評估方法有許多種，包括雷達測速法、激光測速法、影像處理法、線圈法，以及皮管壓力法和固定距離所行駛的時間等。其中雷達測速法、激光測速法、影像處理法、線圈法在實際運用中廣泛采用，而雷達測速儀攜帶容易，精確度高，使用方便，在運動中也能實現車速檢測，更加適合于“流動電子*”，所以雷達測速儀是我國公安交管部門配備*多的測速設備。影像處理法和線圈法一般多應用于交通要道的路口和市際卡口，其測速精度比雷達測速法和激光測速法略低。
2 CS-12雷達測速儀與美國ACI激光測速儀STAKLER的比較
2.1 激光測速儀
激光測速儀是采用激光測距的原理。激光測距（即電磁波，其速度為30萬公里/秒），是通過對被測物體發射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。激光測速是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該一時段內被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度。
激光測速儀采用激光測距原理。激光測距是通過對被測物體發射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。激光測速是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該一時段內被測物體的移動距離，從而得到被測物體的移動速度。激光測速具有以下特點：
（1）由于激光光束基本為射線，故測速距離相對于雷達測速有效距離遠一些，可測l 000m外；
（2）測速精度高，誤差
（3）激光光束必須要瞄準垂直于激光光束的平面反射點，而被測車輛距離太遠且處于移動狀態，或者車體平面不大，而導致激光測速成功率低、難度大，特別是執勤警員的工作強度很大、易于疲勞。
（4）激光測速器不可能在運動中使用，只能在靜止狀態下應用。因此，激光測速儀不能稱之為“流動電子*”。在靜止狀態下使用時，很容易被司機發現，因此達不到預期目的。
（5）價格昂貴，現在經過正規途徑進口的激光測速儀（不含取景和控制部分）價格至少在一萬美元左右。
2.2 雷達測速儀
雷達測速的原理是應用多譜勒效應，即移動物體對所接收的電磁波有頻移的效應，雷達測速儀是根據接收到的反射波頻移量的計算而得出被測物體的運動速度。
雷達測速的原理是應用多普勒效應，因此具有以下特點：
（1）雷達波束比激光光束（射線）的照射面大，因此雷達測速易于捕捉目標，無須精確瞄準；
（2）雷達測速設備可安裝在巡邏車上，在運動中實現檢測車速，是“流動電子*”非常重要的組成部分；
（3）雷達固定測速誤差為±1 km/h，運動時測誤差為±2 km/h，完全可以滿足對交通違章查處的要求；
（4）雷達發射的電磁波波束有一定的張角，故有效測速距離相對于激光測速近一些，*遠測速距離為800 m（針對大車）。
（5）雷達測速儀技術成熟，價格適中。
（6）雷達測速儀發射波束的張角是一個很重要的技術指標。張角越大，測速準確率越易受影響；反之，則影響較小。
雷達測速儀以其價格便宜，測速準確，使用方便和能在運動中實現車速檢測，被我國公安交管部門作為超速處罰的首選工具。
3 多普勒原理
雷達測速儀的工作原理是多普勒原理，也是所有利用雷達波來檢測移動物體速度的原理，其理論基礎皆源自于“多普勒效應”。
波是由頻率及振幅所構成。無線電波在行進過程中，碰到物體時會反射，而且反射回來的波，其頻率及振幅都會隨著所碰到的物體的移動狀態而改變。若物體朝著無線電波發射的方向前進，此時所反射回來的無線電波會被壓縮，因此該電波的頻率會隨之增加；反之，若物體朝著遠離無線電波方向行進，則反射回來的無線電波其頻率會隨之減小。這就是多普勒原理。
測速雷達所應用的原理，就是檢測發射出的無線電波及反射回來的無線電波之間的頻率變化。由這兩個不同頻率的差值，便可以依據特定的比例關系，計算出該波所碰撞到的物體的速度。即：
fd=2/c（Kfov） （1）
其中v為目標運動速度；c為電磁波在空氣中的傳播速度，是一個常數；fo為雷達的發射頻率，是一個已知量；K是單位換算系數為3.6/106；fd為測量到的運動目標引起的多普勒頻率 ，其測量精度由石英晶體振蕩器保證，由計算機進行速度換算后送到顯示屏顯示。
4 雷達測速波段
目前，美國聯邦電訊委員會FCC規定*測速頻道有Xband，K band，Ka band三種，它們所對應的微波頻率分別為10.525 GHz，24.150 GHz，33.40～36.00GHz。
我國無線電管理部門規定的*測速頻道同美國FCC會規定的測速頻道相同。其區別在于我國對Ka band的頻率作出了更加具體的規定，為35.100 GHz。
另外，歐洲規定的*測速頻道有：
Ku band：13.450 GHz，K band：24.125 GHzX band雷達形狀為圓形，采用連續波發射，測速距離為150 m~4750 m，但容易受到干擾，通常只能在車陣中檢測到*輛車子的速度。且前X band雷達較少與照相系統搭配使用，屬于早期的測速儀器。其*高速范圍介于200km/h~300km/h。
K band測速雷達可以是手持式，也可以裝在*上和照相設備共同構成“流動電子*”，現在國內警方使用的絕大部分都是這種測速雷達，K band流動式測速照相系統功率較弱，且不易被干擾。目前雷達偵測器的偵測距離非常短，測速照相系統可加裝閃光燈便于夜晚執行工作。其*高速范圍介于200 km/h~320 km/h。
Ka band雷達與K band測速雷達相似，由于其微波頻率更高，測速范圍較為集中，所以更加不宜被干擾。現在國內用的這類雷達主要是安徽銅陵生產的采用連續波發射的測速雷達。
有矛必然就會有盾，隨著雷達測速儀的蓬勃發展，反測速雷達（俗稱電子狗）也誕生了。反測速雷達是一種檢測雷達測速儀的設備，安裝在汽車內，可以在一定距離內檢測到周圍是否有雷達測速儀。在汽車行駛過程中，當汽車靠近雷達測速儀時則會發出聲音，提醒司機降低車速。太靈敏的反測速雷達誤報的可能性也大一些。有些反測速雷達運用GPS全球定位系統進行監控，可以對電子眼違章攝像系統、線圈感應式測速系統提前播報并數字顯示目標距離。這樣一來電子狗成了測速裝置的天敵，但是過高的行駛速度對駕駛安全危害很大，并且當出現雷達提示時如果急剎車也容易造成事故，因此安全駕駛才是*重要的。
隨著科技不斷的發展，電子對抗技術不斷成熟，相信對付反測速雷達會有相應的解決方法。
世界發達國家的測速裝備比較完善。例如在高速公路上，既有固定地點進行速度監測，也有許多巡邏車穿梭于公路間進行移動測量。
5 雷達測速儀應用中的先進技術
目前世界發達國家的雷達測速裝備比較先進，如DSP技術在90年代初就已經開始應用于*；“*快速度跟蹤技術”于90中期開始應用；“方向感應技術”也于1998年開始普及；至于*新的“同車道測量技術”也于近年被國外的交管部門大批采購。
雷達為利用無線電回波以探測目標方向和距離的一種裝置。全世界開始熟悉雷達是在1940年的不列顛空戰中，七百架載有雷達的英國戰斗機，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機，因而改寫了歷史。二次大戰后，雷達開始有許多和平用途。在天氣預測方面，它能用來偵測暴風雨；在飛機輪船航行安全方面，它可幫助領港人員及機場航管人員更有效地完成他們的任務。
數字天線通訊技術的出現不但提高了雷達抗干擾的能力，同時大大提高了雷達測量的準確性。比如斯德克DSP型雷達，它的每一個天線實際上有兩套微波線圈和兩套A/D轉換線圈。這兩個微波線圈成90°方向同時提供多普勒信號。在計算單元內，所有通道的數字化多普勒信息被送到DSP線圈。每個高速的DSP線圈于是便對每一個通道的信息進行綜合的傅立葉快速變換，以獲得每一個目標的方向。
*快速度跟蹤技術；當雷達正在測量一輛目標車速度時，有一輛更快的車駛來，*快速度跟蹤技術的出現不但讓操作者可以繼續對目標車進行跟蹤測量，同時雷達還將顯示更快車的速度。
同車道技術。對于雷達測速難題中講到的同車道測量難點，*新技術的產生已不再需要操作者用眼睛估計和手工輸入“較快”和“較慢”目標以便計算目標車讀數，雷達能夠自動識別巡邏車前的車速快慢并將目標車速度計算出來，這使得同一車道的操作跟相反車道模式操作同樣精確和簡單。
方向感應技術。先進的方向感應技術允許操作者去選擇特定的交通方向進行監控。不論目標車是不是距離*近的車輛，也不論它是 同一車道還是相反車道，雷達都可自動對其進行速度測量并顯示相關信息。
測速雷達主要系利用都卜勒效應（Doppler Effect）原理：當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發射機頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發射機率。如此即可借由頻率的改變數值，計算出目標與雷達的相對速度。目前，國內基本局限于一般性測量且測量結果較粗糙，在先進技術的使用方面仍然存在很大差距。相信隨著交通道路的不斷擴展，超速管理方面的裝備也將會逐漸完善，使用雷達測速儀，使司機安全駕駛，減少超速行駛，達到減少事故的發生。
