Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Леонтьева Е.В., Матвеева М.Г.

Омский государственный технический университет, Россия 

Классификация характеристик диапазона радиоволн для измерения скорости движения транспортных средств

Определение скорости движения транспортных средств производится двумя типами устройств: локационные устройства и видеоустройства.

В локационных устройствах превышение скорости определяется посредством использования эффекта Доплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.

По природе излучения доплеровские измерители бывают соответственно трёх видов: радиолокационные (доплеровские радары), лазерные (доплеровские лидары) и аккустические (доплеровские сонары).

Для определения скорости движения транспортных средств, как правило, используются доплеровские радары и доплеровские лидары. Сонары для определения скорости движения транспортных средств не используются.

Для волн, распространяющихся в какой-либо среде, нужно принимать во внимание движение, как источника, так и приёмника волн относительно этой среды. Так как для распространения электромагнитных волн материальная среда не требуется, можно рассматривать только относительную скорость источника и наблюдателя [1].

Другими словами, радар излучает электромагнитный сигнал, который отражается от металлических объектов, и отраженный сигнал снова принимается радаром. Если объект движется, то частоты излученного и отраженного сигналов отличаются. По разнице частот радар определяет величину скорости объекта.

Существует несколько диапазонов частот, в которых разрешена работа локационных дорожных радаров. Эти диапазоны определены международными соглашениями (в России решение о выделении тех или иных частот для любых целей принимается Государственной Комиссией по Радиочастотам (ГКРЧ) [2]).

В мире наибольшее распространение получили пять диапазонов частот для дорожных радаров:

1. Х-диапазон (8—12 ГГц);

2. Кu-диапазон (12—18 ГГц);

3. К-диапазон (18—27 ГГц);

4. Ка-диапазон (27—40 ГГц);

5. La-диапазон (лазерный).

Самой старой из стандартизированных несущих радиочастот, используемых в доплеровском радаре, является частота (10,525±0,025) ГГц, или иначе – Х-диапазон. Данная частота изначально была использована в локационном оборудование, и на ее основе было создано множество импортных и отечественных радаров дорожно-транспортных служб, из которых наиболее популярны Барьер, Сокол и др. В настоящее время, эта частота морально и технически устарела, и постепенно уступила дорогу более быстродействующим приборам, работающих на другой несущей частоте.

Более новый диапазон для полицейских дорожных радаров имеет несущую частоту (24,150±0,100) ГГц и называется К-диапазон. Ввиду меньшей длительности периода и более высокого энергетического потенциала позволяет приборам, работающим на этой частоте, иметь небольшие размеры и дальность обнаружения в полтора раза превышающую дальность обнаружения приборов, работающих в X-диапазоне. При этом время определения скорости уменьшается. Так же эта частота хороша тем, что у нее более широкая полоса пропускания (100 МГц) и гораздо меньше помех по сравнению с X-диапазоном. На этом диапазоне частот базируются отечественные радары Беркут, Искра-1 и их модификации, а так же и фото и видео комплексы, построенные с участием локационных частей подобных радаров. В настоящее время - это базовый диапазон у подавляющего большинства радаров мира.

Один из редких диапазонов (Кu-диапазон), используемый в некоторых европейских странах, и ранее ожидался в России, базирующийся на частоте 13,450 ГГц. Проблемой послужило спутниковое телевидение, работающее в этом диапазоне, и поэтому в России нет таких радаров. А в Европе и в Прибалтике около половины парка дорожных радаров работает на данной частоте. Редкий рабочий диапазон, скорее всего не имеющий практического будущего.

Самый новый диапазон для полицейских дорожных радаров с несущей частотой 34,700 ГГц - Ка-диапазон. Считается наиболее перспективным диапазоном за счет опять же еще меньшей длительности периода и более высокого энергетического потенциала, позволяющего данным приборам иметь дальность обнаружения до 1,5 км с высокой точностью за минимально короткое время. Этот диапазон имеет самую широкую полосу пропускания (1300 МГц), за счет чего его назвали Super Wide (сверхширокий). Помимо всего прочего но, подобные приборы почти не имеет бытовых или иных помех, мешающих определению скорости пеленгуемого объекта. Это рабочий диапазон будущих радаров, наиболее эффективный для повсеместного применения.

С начала 90-х годов впервые появились лазерные дальномеры и измерители скорости (лидары), основанные на отражении узконаправленного луча лазера от препятствия. Принцип прост и не изменился с тех пор и до сегодняшних дней, но с каждым новым витком эволюции таких радаров менялась частота импульсов и длинна волны луча лазера, колеблющаяся на данный момент от 800 нм до 1100 нм [3].

Системы определения скорости могут работать в двух режимах: режим одновременного приема и передачи и импульсный режим.

Ранее системы работали в основном одновременно в режимах приема и передачи, что требовало дополнительных затрат на питание, на дублирование антенны, трактов усиления и фильтрации, негативно сказывалось на массогабаритных характеристиках, и, что немаловажно, на надежности.

В настоящее время большинство систем работают в импульсном режиме и имеют один приемо-передающий тракт. То есть, изначально работая в режиме передачи, прибор испускает несколько коротких импульсов, затем переключается в режим приема, получает отраженные импульсы, производит анализ, выводит результат вычислений на индикатор или дисплей, затем при необходимости весь цикл повторяется вновь.

Для подобных систем были разработаны новые алгоритмы работы [3]:

1. Ultra-X - короткоимпульсный режим X-диапазона;

2. Ultra-K - короткоимпульсный режим K-диапазона;

3. Ultra-Ka - короткоимпульсный режим Ka-диапазона;

4. POPtm - сертифицированный режим для импульсных K- и Ka-диапазонов;

5. F-POPtm - сертифицированный режим для импульсных X-, K- и Ka-диапазонов.

Подобные системы имеют модульную конструкцию, то есть состоят из нескольких отдельных блоков. Такая конструкция обеспечивает высокую надежность каждого блока и всего прибора в целом. Если в специально созданных сервисных центрах всегда будет иметься запас сменных блоков, то сроки обслуживания и ремонта существенно сократятся.

Литература:

1. Ландау, Л.Д. Теория поля / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. — М.: Наука, 1988. — Т. 1-2.

2. Сайт Минкомсвязь России / http://minsvyaz.ru/ru

3. Сайт «Антирадары» / http://www.anti-radars.ru