用于智能交通中的汽车激光测速系统的设计

　　摘要：随着人民生活水平的不断提高，汽车的普及率也越来越高，因而交通管理加重，急需对汽车车速有一个有效的检测手段。本文介绍可用于智能交通中较常用的微波雷达测速更准确的新的汽车激光测速系统的设计，阐述激光测速的方法与特点，汽车激光测速系统的组成与原理、硬件电路的设计、主要芯片的选用等。

　　关键词：激光测速  脉冲法  相位法  发射模块  接收模块  芯片  硬件

　　1、激光测速的方法与特点

　　随着信息社会的发展和改革开放的不断深入，人民生话水平不断提高，使汽车的普及率也越来越高，交通事故也时有发生，因而迫切需要对运行汽车进行检测，尤其是能对汽车车速有一个有效检测手段，这也是现代智能交通系统中的重要组成部分，是目前交通管理方面研究的热点问题。

　　检测汽车车速，大多用微波雷达测速，它除了检测范围大等优点外，其检测速度的准确值较差，因而研发了激光测速系统。

　　(1)激光测速的方法

　　激光测速的主要方法有下列二类：

　　①脉冲法测速

　　激光脉冲法测速是在测距的基础上实现测速。而激光测距是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点进行测距，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。在进行几有米的近程测距时，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测距与测速。

　　激光脉冲法测速的原理是，当系统工作时，脉冲激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收，通过激光脉冲法测距原理计算距离而得到目标物距离，进而由连续测量的距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。

　　②相位法测速

　　激光相位法测速，也可由相位测距法多次测量距离来实现。连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测几百至几十万千米，且精度很高。在民用领域，如地形测量、产品误差检测等系统中，得到了普遍应用。

　　一般，连续光波型激光测距仪的距离分辨率是很高的。通常，相位分辨率要达到一个周期的千分之一是很容易的。要同时保持高测量精度和大的测量范围，还必须利用数个不同的调制频率对同一距离进行测量，但这样就会增加系统的电路复杂程度。

　　由激光相位法连续测量的距离，得到某段时间内的平均速度，就实现了激光相位法测速。

　　(2)激光测速的特点

　　这种激光测速具有以下几个特点：

　　①由于激光光束强、方向性好，其测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1km外；

　　②测速精度高，误差小于1km/h；

　　③激光光束必须要瞄准垂直于激光光束的平面反射点。由于被测车辆距离远而处于移动状态，是非合作目标而不容易瞄准。目前美国激光技术公司已生产出带连续自动测速功能的激光测速仪，专门用于解决这一问题。

　　④鉴于激光测速原理，激光测速仪不可能在运动中使用，只能在静止状态下应用，所以一般交警都把仪器放在巡逻车上，停车静止时使用；

　　⑤激光测速仪的取证能力远远大于雷达测速仪，因而受到全世界广泛的认可和推广；

　　⑥目前大部分国家采用的激光测速仪使用的是一类安全激光，对人眼晴安全。

　　目前，市场上的手持式激光测距测速仪的激光工作物质主要有下列几种：

　　①工作波长为905nm和1540nm的半导体激光器；

　　②工作波长为1064nm的YAG激光器；

　　由于1064nm的波长对人体皮肤和眼睛是有害的,特别是如果眼睛不小心接触到了1064nm波长的激光,则对眼睛的伤害可能是永久性的.所以,在国外,手持激光测距速仪中,完全取缔了1064nm的激光..在国内,某些厂家还有生产1064nm的激光测距测速仪.对于905nm和1540nm的测距测速仪,可称为 “安全”的激光测距测速仪.对于1064nm的激光测距测速仪,由于它对人体有潜在的危害性,所以被称为“不安全”的激光测距测速仪。

　　因此，我们也选择了安全的激光器波长，设计了用激光测量汽车速度的系统。

　　2、汽车激光测速系统的组成及原理

　　由上述可知，相位法测速测量精度高，适于观测地形和诲浪起伏等需要更高精度的场合，但它对光路要求非常严格，设计复杂。针对民用交通测速，在远程和精度不高的情况下，脉冲测速功率较大，系统比相位法简单，易实现，更易于操作，整个系统较其他方法易达到使用者需求。因此，应用在交通控制如电子警察方面，脉冲测速法无疑是最好的一种方法。

　　但是，不管脉冲法还是相位法，激光测速系统对于测量角度要求非常高，测速系统应该正对运动物体的运动方向，测量偏差角度应该小于10o，这样才能保证准确测量。如图1所示。
 

 图1、激光测速系统测量角度示意图

　　激光脉冲测速系统的总体结构框图如图2所示。

　　

图2、激光脉冲测速系统的总体结构框图

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