МИКРОВОЛНОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

 

Электроника

Кононюк Евгений Сергеевич

студент Национального технического университета Украины «Киевский политиехнический институт»  г. Киев

 

 

МИКРОВОЛНОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ


 Введение

Микроволновый измеритель скорости - это измеритель, показания которого пропорциональны скорости удаляющегося или приближающегося транспортного средства. Он является одновременно радиоприемником и радиопередатчиком, комбинированными в одном приборе.

Измеритель скорости предназначен для дистанционного измерения скорости транспортного средства как одиночного, так и движущегося в группе транспортных средств с наибольшей скоростью, с автоматической сигнализацией превышения заданного порога скорости и фиксацией при этом измеренного значения скорости. Радар может измерять скорость движения вашего автомобиля на расстоянии от 350 до 600 м. Скорость которую способны фиксируют радары составляет от 20 до 250 км / час.

Располагаться радары на дорогах могут где угодно. Распространенное место это на обочине (стационарный режим). Можно использовать радары в ручном режиме,  автоматическом, или дистанционно, управляя из автомобиля инспекции. Также радары могут располагаться непосредственно в патрульных милицейских машинах, что более удобно. Кроме того, сотрудники дорожной полиции при измерении скорости автомобилей могут не только стоять на дороге, но и сами двигаться в своих патрульных машинах, так называемый патрульный режим.

Все радары работают на нескольких диапазонах, Х, К, Ка и Кu.

X-диапазон (частота 10525 МГц), эта частота с самого начала была использовалась в локационном оборудовании, и на основе ее было создано множество импортных и отечественных радаров ГАИ. Сейчас эта частота морально и технически устарела и постепенно уступила дорогу более быстродействующим приборам, которые работают на других несущих частотах.

K-диапазон (частота 24150 МГц). Меньшая продолжительность периода и более высокий энергетический потенциал позволяет приборам, работающим на этой частоте, иметь небольшие размеры и дальность обнаружения  в полтора раза превышает дальность приборов, работающих в X-диапазоне, плюс за меньшее время. Эта частота хороша тем, что у нее более широкая полоса пропускания (100 МГц) и значительно меньше препятствий по сравнению с X-диапазоном. В настоящее время это базовый диапазон у половины радаров ДПС в мировом масштабе.

Ku-диапазон (частота 13450 МГц). Закрытый в Европе для использования в радарах ДПС через спутниковое ТВ, работающие в этом диапазоне. Широко используется в странах СНГ наряду с диапазоном X и K.

Ka-(частота 34700 МГц). Самый новый диапазон для полицейских и милицейских дорожных радаров. Считается наиболее перспективным диапазоном за счет опять же еще меньшей длительности периода и более высокого энергетического потенциала, что позволяет данным приборам иметь дальность обнаружения до 1.5 км с высокой точностью за минимально короткое время. Диапазон имеет широкую полосу пропускания (1000 МГц) и сверхширокую полосу (1300 МГц), за счет чего его назвали SuperWide (сверхширокий). На этом диапазоне частот в СНГ нет гражданской радиоизмерительной аппаратуры, но в настоящее время прогнозируется, что лет через 3-4 будущие радары полностью будут работать в Ка и лазерном диапазонах.

Лазерный диапазон. Приборы основаны на отражении узконаправленного луча лазера от препятствия. Скорость вычисляется по простым алгоритмам, путем подачи нескольких коротких импульсов через строго определенный промежуток времени измеряя расстояния до цели от каждого отражения этого импульса. В результате получалась некая средняя составляющая, которая и выводилась на экран. Принцип прост и не изменился с тех пор и до сегодняшних дней, но с каждым новым витком эволюции таких дальномеров менялась частота импульсов и длина луча лазера. Почти все современные радар-детекторы имеют встроеные сенсоры для приема лазерного диапазона. Принимается длина волны, которых колеблется от 800 нм до 1100 нм.

Есть так же недостатки, присущие приборам, используемых лазерный диапазон - они не любят дисперсионный препятствия (осадки, туман и т.д.), вследствие чего данные приборы используются только в сухую погоду. Поэтому здесь явное преимущество использования радаров.

Работа всех радиолокационных приборов для измерения линейной скорости объекта основана на эффекте Доплера. Это изменение частоты и длины волн, регистрируемых приемником, вызванное движением их источника и/или движением приемника. Согласно эффекта, частота принимаемого сигнала, отраженного от цели может отличаться от частоты излучаемого сигнала и разница зависит от соотношения скоростей объектов относительно друг друга. Полученные данные обрабатываются микроконтроллером, и за счет разницы между принятым и излученным сигналами, рассчитывается скорость объекта[6, с.416]. Эффект Доплера связан с волновыми процессами и происходит только в какой-либо среде. Для акустических волн средой является воздух или вода, а для электромагнитных волн - эфир. Возможность определения суммарного вектора лучевых скоростей объекта и наблюдателя связана с взаимодействием среды (эфира) и вещества. Движение объекта в эфире сопровождается различной частотой соприкосновения вещества объекта с частицами эфира. Частота столкновений вещества объекта увеличивается в направлении движения объекта и уменьшается для противоположного направления, подчиняясь закону cos α, где α - угол между направлением движения объекта и направлением на наблюдателя [5, с.560]. Интенсивность столкновений частиц эфира с веществом объекта пропорциональна скорости объекта.                                 

Схема работы прибора.

Сначала идет блок питания, обычно это 12 В, для работы в автомобиле.

Питание подается на блок генерации СВЧ сигнала. В качестве генератора используется либо генераторы на диодах Ганна, либо транзисторные. Диод Ганна это полупроводниковый прибор с отрицательным сопротивлением СВЧ, основанный так эффекте Ганна. Эффект Ганна заключается в том, что при достаточно большом напряжении, приложенном к полупроводнику, в этом полупроводнике возникают СВЧ-колебания. Преимущества этого диода в том что он может допускать большие мощности, и имеет возможность частотной перестройки в широком диапазоне. Материалом для полупроводника служит GaAs (арсенид галия). Он может генерировать СВЧ-колебания от 1 до 50 ГГц [4, с. 254 ]. Несколько большие частоты получены на генераторах Ганна с фосфида индия в связи с большими значениями максимальных скоростей электронов, но качество приборов из этого материала значительно ниже из-за недостаточного отработки технологии изготовления материала.

Сгенерированные СВЧ-колебания подаются на блок приема/передачи, это антенна по типу волновода, размеры которой пропорциональны длинам волн [3, с.376] .  Принятый сигнал подается на уселитель, потом на диодный смеситель, который сравнивает исходящий и полученый сигналы. Дальше через АЦП сигнал подается на микроконтроллер, который проводит расчеты, и результат обработки выводится на экран.

Лучший способ избежать знакомства с этим прибором – не превышать скорость.

Список литературы

  1. Сергеев В.Г. Устройства приема и обработки сигналов. Ч.1. Расчет и проектирование: Учебное пособие. М.: МГТУ ГА, 2001.
  2. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И., Устройства СВЧ и антенны. Под ред. Воскресенского Д.И. Изд. 2-е, доп. и перераб. – М.: Радиотехника, 2006 – 376с.
  3. Устройства СВЧ и антенны. Седельников Ю.Е., Линдваль В.Р., Лаврушев В.Н., Стахова Н.Е. Казань. КГТУ им. А.Н. Туполева 2000 г.
  4. Гуртов В. А., Артамонов А. Н., Ветров А. С. – Твердотельная электроника. – П.: Издательстельство ПетрГУ, 2000.– 254 с.
  5. Радиопередающие устройства, Учебник для ВУЗов/Под редакцией В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 2003.-560 с.
  6. Каганов В.И. Радиотехника + компьютер + Matcad. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. - 416 с.