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基于微波单片集成电路的交通信息采集技术研究

作　者: 余稳
导　师: 张义门
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: ITS MMIC 微波雷达交通信息
分类号: U495
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 303次
引　用: 3次
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内容摘要

道路交通信息采集作为输入信息来源应用于智能交通系统(ITS,Intelligent Transportation Systems)中,担负着提供准确可靠信息源以使整个智能交通系统得以顺利准确运行的重任。国际国内对ITS都投入很大,“十五”期间我国在北京等十一个城市开展了ITS试点工作,“十一五”期间是ITS成果重点推广期。这期间以及将来,对交通信息采集的需求巨大,因此开展对交通信息采集技术的研究并研发出交通信息采集装置很有意义,同时也极具市场需求。针对这一需求,本论文研究出了一种新的交通信息采集技术—基于微波单片集成电路(MMIC,Monolithic Microwave Integrated Circuits)芯片的微波雷达技术,并基于该技术成功研制了一种交通信息采集装置—微普雷达(MPR-MicroPuRadar),目前MPR已通过有关部门鉴定,进入产品中试期。交通信息采集技术可分为波频(微波、超声、红外)、线圈和视频等三类。各类技术均有其优缺点,整体说来,微波技术最有发展前景。首先该技术克服了由于安装带来的问题(基于线圈技术的交通信息检测装置必需埋设在路面下,所以安装维修困难,需中断交通、破坏路面,并且维护费用高,寿命短),其次该技术不受恶劣气候和光照条件的影响(这是视频技术难以很好解决的难题),再有该技术能同时检测多车道,相对成本低。其缺点是只能给出车辆平均速度并且不能准确分辨车型。本文作者在此项研究工作中具体的研究内容主要包括:基于微波雷达的交通信息采集技术系统设计与整体负责实施;组织装置样机的研制与外场测试;MMIC VCO、MMIC mixer芯片的设计与测试;雷达中频信号处理单元的研发;雷达信号处理算法研究;提出下一代交通信息采集技术的整体思路与技术途径。本文作者在该项研究过程中的创新点与解决的关键技术:1)将微型雷达技术应用于道路交通信息采集,成功研制出样机。该类检测装置在国内属于唯一,从比对测试结果看,技术上已进入国际先进水平行列;2)在国内首次成功设计并制作出基于0.25um GaAs PHEMT工艺的MMICVCO、MMIC mixer芯片,并应用于交通信息采集技术。在设计中解决了大幅度缩小MMIC VCO芯片面积、提高调谐带宽,MMIC mixer工艺兼容性、缩小Lange耦合器微带间距等关键技术问题;3)通过采用多级带通滤波器级联等技术成功设计并制作出具有高正斜率大增益的带通滤波器,且滤波曲线上升与下降沿极陡;成功解决电源纹波对信号处理的影响问题;4)提出了一套完整算法模型应用于雷达系统,成功解决了交通信息采集中的零信号问题、车辆拥堵时车辆准确计数问题以及相邻车道车辆相互间的影响问题;5)在分析总结当前交通信息采集技术的基础上,提出了双波束微波雷达技术作为下一代交通信息采集技术的新思路与技术途径,并进行了可行性分析。本文研究成果MPR可以很准确地检测车流量信息,但也还存在无法准确测量车辆速度和车辆长度,检测灵敏度不能自适应调节等问题。目前改善工作正在进行中,但是最根本的解决方式是采用下一代交通信息检测技术—双波束微波雷达技术。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-18
  1.1 引言  12-13
  1.2 国内外研究发展现状  13-15
  1.3 本文工作的目的、意义及内容  15-18
第二章微波雷达交通信息采集技术  18-26
  2.1 交通信息采集技术  18-19
  2.2 基于微波单片集成电路的微波雷达技术  19-23
  2.3 微波雷达技术应用于交通信息采集  23-26
第三章基于微波雷达技术的交通信息采集系统  26-40
  3.1 整体框图及各部分主要功能  26-27
  3.2 系统设计方案  27-28
  3.3 雷达各组成部分设计  28-38
    3.3.1 天线  28
    3.3.2 集成前端  28-30
    3.3.3 中频信号处理单元  30-33
    3.3.4 数字信号处理单元  33-36
    3.3.5 信息传输  36-38
  3.4 本章小结  38-40
第四章微波单片集成电路  40-68
  4.1 微波单片集成电路概述  40-41
  4.2 MMIC设计  41-49
    4.2.1 器件模型  42-46
    4.2.2 0.25um PHEMT工艺  46-49
  4.3 MMIC VCO  49-60
    4.3.1 设计中解决的主要技术难点  50
    4.3.2 基本原理  50-56
    4.3.3 MMIC VCO设计方法  56-59
    4.3.4 测量结果  59-60
  4.4 MMIC Mixer  60-65
    4.4.1 设计中解决的主要技术难点  60-61
    4.4.2 基本原理  61-63
    4.4.3 MMIC Mixer设计方法  63-65
  4.5 微波单片集成电路在雷达系统中的应用  65-66
  4.6 本章小结  66-68
第五章雷达信号处理算法  68-88
  5.1 自适应门限确定方法  68-74
    5.1.1 恒虚警率  68-70
    5.1.2 时域多点平均法  70-72
    5.1.3 区域检测法  72-74
  5.2 零信号处理  74-75
  5.3 时频分析在交通信息检测雷达中的应用  75-79
  5.4 其他参量的确定  79-80
  5.5 实际交通信息检测雷达车流量统计流程  80-83
  5.6 对交通信息检测算法的改进  83-84
  5.7 交通信息检测改进算法计算实例  84-87
  5.8 本章小结  87-88
第六章微波交通信息采集雷达现场检验与完善  88-94
  6.1 现场测试平台  88-90
  6.2 现场测试结果  90-92
    6.2.1 本文研究成果检测结果  90-91
    6.2.2 国外同类产品检测结果  91-92
  6.3 本章小结  92-94
第七章下一代交通信息采集技术  94-106
  7.1 下一代交通信息采集技术  94-99
    7.1.1 双波束微波雷达技术原理与技术特点  95
    7.1.2 实现双波束微波交通信息采集雷达的技术路线  95-98
    7.1.3 主要创新点  98-99
  7.2 双波束微波雷达关键技术实现  99-103
    7.2.1 整体方案确定  99-100
    7.2.2 双波束产生与相互隔离  100
    7.2.3 平面阵列天线设计  100-102
    7.2.4 双波束雷达技术应用于交通信息采集  102-103
  7.3 可行性分析  103-105
  7.4 本章小结  105-106
第八章结论  106-108
致谢  108-110
参考文献  110-124
在读期间主要研究成果  124-125

基于微波单片集成电路的交通信息采集技术研究

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