近年來(lái)交通毫米波雷達(dá)在智慧高速類項(xiàng)目中逐漸廣泛應(yīng)用。新型毫米波雷達(dá)對(duì)典型轎車的探測(cè)距離可以擴(kuò)展到500m以上，實(shí)時(shí)探測(cè)行駛車輛的位置、速度，準(zhǔn)確識(shí)別停車、超速、緩行、擁堵等事件，具有全天時(shí)、全天候穩(wěn)定工作的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了高速公路管理部門在夜間或光線不足情況的全路段監(jiān)控難題。然而，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，交通雷達(dá)依然面臨著一些問題與挑戰(zhàn)。

一、大型車輛遮擋、識(shí)別問題

場(chǎng)景展示

高速公路上行駛的集裝箱卡車、掛車比例通常比其他道路高。大型車輛物理尺寸比較大，其巨大的規(guī)則的金屬外形對(duì)交通雷達(dá)而言屬于極強(qiáng)反射體，在雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果典型轎車正面或者背面、入射角為0°的條件下，目標(biāo)RCS按照10dBms仿真的話，大型車輛至少要按照35dBms進(jìn)行系統(tǒng)靈敏度計(jì)算。大型車輛物理尺寸大，雷達(dá)回波強(qiáng)。

普通集裝箱卡車，總長(zhǎng)14.6米，高度4.2米，寬度2.55米。普通轎車一般長(zhǎng)度是3.5米到6米之間，寬度在1.6米到1.8米之間、高度在1.4米到1.6米之間。雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中大型車輛對(duì)小型車輛的影響來(lái)自兩個(gè)方面，一個(gè)是物理遮擋，另一個(gè)是接收機(jī)AGC控制、頻率增益控制動(dòng)態(tài)范圍受限條件下，對(duì)遠(yuǎn)距微小目標(biāo)的抑制。當(dāng)大車存在時(shí)，雷達(dá)對(duì)大車旁邊的小車、遠(yuǎn)距的小車探測(cè)閃爍、不穩(wěn)定。

圖1 大車遮擋引起目標(biāo)丟失及閃爍

車型的識(shí)別是交通雷達(dá)中一個(gè)重要的指標(biāo)。雷達(dá)對(duì)車型識(shí)別的基本策略是在同車道同速的約束條件下合并目標(biāo)來(lái)識(shí)別車長(zhǎng)的。當(dāng)高速公路擁堵、緩行情況下，雷達(dá)存在將多輛緩行的小車識(shí)別成大車，或者將長(zhǎng)掛車識(shí)別成多輛小車的誤檢測(cè)。

二、道路指示牌、金屬隔離欄造成的多徑干擾

場(chǎng)景1

在雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中，多徑是指雷達(dá)發(fā)射信號(hào)從發(fā)射天線經(jīng)過(guò)多個(gè)路徑到達(dá)被測(cè)目標(biāo)，目標(biāo)回波再經(jīng)過(guò)多個(gè)路徑抵達(dá)接收天線的傳播現(xiàn)象。多徑干擾是指除直達(dá)波意外的所有多路徑回波。

高速公路場(chǎng)景下，交通雷達(dá)的典型多徑干擾來(lái)自道路指示牌、金屬隔離欄。金屬隔離欄帶來(lái)的多徑干擾目標(biāo)特征比較明顯，方位向與真實(shí)目標(biāo)關(guān)于隔離欄軸對(duì)稱。如下圖所示。

圖2 金屬隔離欄引起的多徑干擾虛假目標(biāo)

場(chǎng)景2

圖2中的虛假目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)縱向距離相同，速度相同，唯一不同的是橫向距離不同。當(dāng)真實(shí)目標(biāo)與虛假目標(biāo)與雷達(dá)的夾角α遠(yuǎn)大于雷達(dá)的角度分辨率，通過(guò)給定先驗(yàn)知識(shí)——隔離欄的具體位置，是可以比較容易地濾除虛假目標(biāo)并保留真實(shí)目標(biāo)的。如圖3所示。

圖3 可濾除的多徑虛假目標(biāo)

場(chǎng)景3

然而，當(dāng)真實(shí)目標(biāo)與虛假目標(biāo)與雷達(dá)的夾角α遠(yuǎn)小于雷達(dá)的角度分辨率，或者與角度分辨率相當(dāng)，真實(shí)目標(biāo)會(huì)與虛假目標(biāo)在方位上合成另一個(gè)新的虛假目標(biāo)，此時(shí)，雷達(dá)無(wú)法探測(cè)真實(shí)目標(biāo)，只能檢測(cè)到新的虛假目標(biāo)，其橫向位置在隔離欄附近。如圖4所示。對(duì)于這種情況，唯一解決方法就是提高角度分辨率。

圖4 不可濾除的多徑虛假目標(biāo)

場(chǎng)景4（道路指示牌干擾情況）

道路指示牌帶來(lái)的干擾相對(duì)情況比較多。這里舉兩個(gè)在具體項(xiàng)目中實(shí)際發(fā)生的例子。

如圖5所示，雷達(dá)距離大型半掛車輛的距離為D_car，大型半掛車輛的車長(zhǎng)為L(zhǎng)，雷達(dá)距離金屬道路指示牌的距離為D_sign。多徑干擾目標(biāo)的傳播路程為，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)直達(dá)金屬指示牌，經(jīng)反射后抵達(dá)大型半掛車尾部，再經(jīng)反射后返回指示牌，最后經(jīng)指示牌反射后被雷達(dá)接收機(jī)捕獲。

圖5  大型半掛車目標(biāo)回波與道路金屬指示牌

引起的虛假目標(biāo)

圖5中多徑虛假目標(biāo)的特點(diǎn)是，距離為D_sign+D_sign-L-D_car，速度方向與真實(shí)目標(biāo)相反，數(shù)值相同。距離、速度滿足運(yùn)動(dòng)方程。

場(chǎng)景5（道路指示牌干擾情況）

以上為單路牌引起的多徑干擾，再舉一個(gè)真實(shí)發(fā)生的兩路牌產(chǎn)生的多徑虛假目標(biāo)。如圖6所示。

圖6

圖6中，雷達(dá)距離大型半掛車輛的距離為D_car，雷達(dá)距離金屬道路指示牌1的距離為D_sign1，距離指示牌2的距離為D_sign2。多徑干擾目標(biāo)的傳播路程為，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)直達(dá)被測(cè)車輛，經(jīng)反射后抵達(dá)道路指示牌2，再經(jīng)反射后傳播至指示牌1，最后經(jīng)指示牌1反射后被雷達(dá)接收機(jī)捕獲。

圖6中多徑虛假目標(biāo)的特點(diǎn)是，距離為D_car+D_sign2+D_sign1，速度方向與真實(shí)目標(biāo)相通，數(shù)值相同。距離、速度滿足運(yùn)動(dòng)方程。

經(jīng)過(guò)幾個(gè)多徑干擾例子分析可以看出，交通雷達(dá)在復(fù)雜場(chǎng)景下得到較好的探測(cè)效果，需要針對(duì)場(chǎng)景中的強(qiáng)反射點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致深入的分析，得到特定場(chǎng)景下的濾除干擾目標(biāo)的算法后，再進(jìn)一步優(yōu)化雷達(dá)程序。

由上可知，交通雷達(dá)的調(diào)試具有專業(yè)性、定制性，雷達(dá)生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)是項(xiàng)目交付過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)。

HT-MTTR-L2型雷達(dá)

黎明瑞達(dá)公司生產(chǎn)的HT-MTTR-L2型雷達(dá)，采用遠(yuǎn)、中、近獨(dú)特的三波束技術(shù)，可對(duì)橫向10車道、縱向500米范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤，實(shí)時(shí)探測(cè)目標(biāo)的位置、距離、運(yùn)動(dòng)方向和速度等信息，同一時(shí)刻最多可檢測(cè)512個(gè)目標(biāo)。其外形如圖7所示。

圖7

HT-MTTR-L2雷達(dá)近距波束張角為90°，探測(cè)范圍為0到100m，下壓角度為10°；中距波束張角為24°，探測(cè)范圍為100m至250m，下壓角度為5°；遠(yuǎn)距波束張角為9°，探測(cè)范圍為250m至500m，下壓角度為0°。作為市場(chǎng)上唯一的多波束下壓角度設(shè)計(jì)產(chǎn)品，更好地適應(yīng)不同高度的安裝，其優(yōu)勢(shì)在于盲區(qū)小、目標(biāo)探測(cè)能力強(qiáng)、跟蹤穩(wěn)定。

圖8 HT-MTTR-L2雷達(dá)張角