Радарная скоростная пушка

Лазерный радар Microdigicam используется в Бразилии

Ручной радарный скоростной пистолет

, Радарная пушка также известная как радарная пушка , скоростная пушка или скоростная пушка , представляет собой устройство, используемое для измерения скорости движущихся объектов. Он обычно используется полицией для проверки скорости движущихся транспортных средств при обеспечении соблюдения правил дорожного движения , а также в профессиональном спорте для измерения скорости, например, на бейсбольных полях . теннисные подачи и для крикета мячи .

Радарный радар — это доплеровский радар , который может быть ручным, установленным на автомобиле или статическим. Он измеряет скорость объектов, на которые он направлен, путем обнаружения изменения частоты возвращаемого радиолокационного сигнала, вызванного эффектом Доплера , при этом частота отраженного сигнала увеличивается пропорционально скорости приближения объекта, если объект находится приближается и опускается, если объект удаляется. Такие устройства часто используются для обеспечения соблюдения ограничения скорости , хотя более современные лидарные приборы для измерения скорости, которые используют импульсный лазерный свет вместо радара, начали заменять радары в первом десятилетии двадцать первого века из-за ограничений, связанных с небольшими радарами. системы.

История

Радарная скоростная пушка была изобретена Джоном Л. Баркером-старшим и Беном Мидлоком, которые разработали радар для военных, работая в компании Auto Signal Company (позже подразделение автоматических сигналов корпорации LFE) в Норуолке, штат Коннектикут, во время Второй мировой войны . обратилась к компании Auto Signal Первоначально компания Grumman для решения конкретной проблемы наземного шасси повреждения самолета-амфибии Consolidated PBY Catalina . Баркер и Мидлок собрали доплеровский радар из запаянных кофейных банок, чтобы сделать микроволновые резонаторы. Прибор был установлен в конце взлетно-посадочной полосы на объекте Grumman в Бетпейдже, штат Нью-Йорк , и направлен прямо вверх для измерения скорости снижения приземляющихся PBY. После войны Баркер и Мидлок испытали радар на Мерритт-Паркуэй . В 1947 году система была протестирована полицией штата Коннектикут в Гластонбери, штат Коннектикут , первоначально для обследования дорожного движения и выдачи предупреждений водителям о превышении скорости. Начиная с февраля 1949 года полиция штата начала выписывать штрафы за превышение скорости на основании скорости, зафиксированной радаром. В 1948 году радар также использовался в Гарден-Сити, штат Нью-Йорк .

Механизм

Офицер армии США корпуса военной полиции использует радар на авиабазе Таллил в Ираке.

Эффект Доплера

Радарные датчики скорости используют доплеровский радар для измерения скорости.

Радарные скоростные пушки, как и другие типы радаров, состоят из радиопередатчика и приемника . Они посылают радиосигнал узким лучом, а затем принимают тот же сигнал обратно после того, как он отразится от целевого объекта. Из-за явления, называемого эффектом Доплера , если объект движется к оружию или от него, частота отраженных радиоволн, когда они возвращаются, отличается от переданных волн. При приближении объекта к радару частота обратных волн выше, чем передаваемых волн; когда объект удаляется, частота снижается. По этой разнице радарный датчик скорости может рассчитать скорость объекта, от которого отразились волны. Эта скорость определяется следующим уравнением:

${v}={\frac {\Delta f}{f}}\times {\frac {c}{2}}$

где $c$ это скорость света , $f$ - излучаемая частота радиоволн, а $\Delta f$ это разница в частоте излучаемых и принимаемых пушкой радиоволн. Это уравнение справедливо только тогда, когда скорость объекта мала по сравнению со скоростью света, но в повседневных ситуациях это так, и скорость объекта прямо пропорциональна этой разнице в частотах.

Стационарный радар

После приема обратных волн сигнал с частотой, равной этой разнице, создается путем смешивания принятого радиосигнала с небольшой частью переданного сигнала. Точно так же, как две разные музыкальные ноты, сыгранные вместе, создают тактовую ноту с разницей в частоте между ними, так и когда эти два радиосигнала смешиваются, они создают «битовый» сигнал (называемый гетеродином ). Затем электрическая цепь измеряет эту частоту с помощью цифрового счетчика для подсчета количества циклов за фиксированный период времени и отображает это число на цифровом дисплее как скорость объекта.

Поскольку этот тип скоростного пистолета измеряет разницу в скорости цели и самого пистолета, пистолет должен быть неподвижен, чтобы дать правильные показания. Если измерение производится на движущемся автомобиле, оно даст разницу в скорости между двумя транспортными средствами, а не скорость объекта относительно дороги, поэтому была разработана другая система для работы с движущимися транспортными средствами.

Движущийся радар

В так называемом «движущемся радаре» антенна радара принимает отраженные сигналы как от целевого транспортного средства, так и от неподвижных фоновых объектов, таких как поверхность дороги, близлежащие дорожные знаки, ограждения и столбы уличного освещения. Вместо сравнения частоты сигнала, отраженного от цели, с переданным сигналом, он сравнивает сигнал цели с этим фоновым сигналом. Разница частот между этими двумя сигналами дает истинную скорость целевого автомобиля.

Рекомендации по проектированию

Современные радары скорости обычно работают в , K , Ka и _X (в Европе) Ku _{диапазонах} .

Радары, работающие в диапазоне частот X-диапазона (от 8 до 12 ГГц), становятся все менее распространенными, поскольку они создают сильный и легко обнаруживаемый луч. Кроме того, большинство автоматических дверей используют радиоволны в диапазоне X и могут влиять на показания полицейского радара. В результате диапазон K (от 18 до 27 ГГц) и K _a диапазон полицейские органы чаще всего используют (от 27 до 40 ГГц).

Некоторые автомобилисты устанавливают радар-детекторы , которые могут предупредить их о наличии впереди ловушки скорости , а микроволновые сигналы радара также могут изменить качество приема радиосигналов AM и FM при настройке на слабую станцию. По этим причинам ручной радар обычно включает в себя двухпозиционный триггер, и радар включается только тогда, когда оператор собирается провести измерение. В некоторых регионах радар-детекторы запрещены законом.

Ограничения

Разобранная радарная скоростная пушка. Медный конус — это рупорная микроволновая антенна . На правом конце находится на диоде Ганна генератор , генерирующий микроволны.

Радар дорожного движения представлен во многих моделях. Ручные устройства в основном питаются от батарей и по большей части используются в качестве стационарных инструментов контроля скорости. Стационарный радар может устанавливаться в полицейских машинах и иметь одну или две антенны. Движущийся радар используется, как следует из названия, когда полицейская машина находится в движении, и может быть очень сложным, способным отслеживать транспортные средства, приближающиеся и удаляющиеся как перед патрульной машиной, так и позади нее, а также способный отслеживать несколько целей одновременно. Он также может отслеживать самый быстрый автомобиль в выбранном луче радара, спереди или сзади.

Однако существует ряд ограничений в использовании радиолокационных скоростных пушек. Например, необходимо обучение и сертификация пользователей, чтобы оператор радара мог эффективно использовать оборудование. при этом от обучаемых требуется постоянно визуально оценивать скорость транспортного средства в пределах +/- 2 миль в час от фактической целевой скорости, например, если фактическая скорость цели составляет 30 миль в час, тогда оператор должен быть в состоянии постоянно визуально оценивать целевую скорость как от 28 до 32. миль в час. Стационарный радар для контроля дорожного движения должен располагаться выше или сбоку от дороги, поэтому пользователь должен понимать тригонометрию , чтобы точно оценить скорость транспортного средства при изменении направления, когда одно транспортное средство движется в поле зрения. Таким образом, фактическая скорость транспортного средства и показания радара редко совпадают из-за так называемый косинусный эффект , однако для всех практических целей эта разница в фактической скорости и измеренной скорости несущественна, обычно она составляет менее 1 мили в час, поскольку полиция обучена располагать радар так, чтобы минимизировать эту неточность, а при ее наличии - ошибку. всегда в пользу водителя, сообщающего о скорости ниже фактической.

Кроме того, расположение радара также может быть важным, чтобы избежать больших отражающих поверхностей рядом с радаром. Такие отражающие поверхности могут создать сценарий многолучевого распространения, при котором луч радара может отразиться от непреднамеренной отражающей цели, найти другую цель и вернуться, тем самым вызывая показания, которые можно спутать с отслеживаемым дорожным движением. Тем не менее, «Разрушители мифов» сняли эпизод, в котором пытались заставить пистолет давать неверные показания путем изменения поверхности проходящего объекта, и не обнаружили существенного эффекта.

Радарные датчики контроля скорости не различают цели в дорожном движении, и для точного контроля скорости необходима надлежащая подготовка операторов. Эта неспособность различать цели в поле зрения радара является основной причиной того, что оператору приходится последовательно и точно визуально оценивать скорость цели с точностью до +/- 2 миль в час, так что, например, если в поле зрения радара имеется семь целей, поле зрения, и оператор может визуально оценить скорость шести из этих целей как примерно 40 миль в час и визуально оценить скорость одной из этих целей как примерно 55 миль в час, а радар отображает показание 56 миль в час, становится ясно скорость какой цели измеряет прибор.

При работе движущегося радара возникает еще одно потенциальное ограничение, когда скорость патрулирования радара фиксируется на других движущихся целях, а не на фактической путевой скорости. Это может произойти, если радар расположен слишком близко к более крупной отражающей цели, например, к тракторному прицепу. Чтобы облегчить эту проблему, использование вторичных входных данных о скорости от CAN-шины автомобиля, сигнала VSS или использование скорости, измеренной GPS, может помочь уменьшить ошибки, предоставляя вторичную скорость для сравнения с измеренной скоростью.

Размер

Основным ограничением портативных и мобильных радиолокационных устройств является размер. Диаметр антенны менее нескольких футов ограничивает направленность, что можно лишь частично компенсировать увеличением частоты волны. Ограничения по размеру могут привести к тому, что портативные и мобильные радиолокационные устройства будут производить измерения по нескольким объектам в поле зрения пользователя.

Антенна некоторых наиболее распространенных портативных устройств имеет диаметр всего 2 дюйма (5,1 см). Луч энергии, создаваемый антенной такого размера с использованием частот X-диапазона, занимает конус, простирающийся примерно на 22 градуса вокруг луча зрения, общая ширина которого составляет 44 градуса. Этот луч называется главным лепестком . Существует также боковой лепесток, простирающийся от 22 до 66 градусов от луча зрения, а также другие лепестки, но боковые лепестки примерно в 20 раз (13 дБ ) менее чувствительны, чем основной лепесток, хотя они обнаруживают движущиеся объекты вблизи. к. Основное поле зрения имеет ширину около 130 градусов. K-диапазон уменьшает это поле зрения примерно до 65 градусов за счет увеличения частоты волны. Ka-диапазон еще больше снижает этот угол примерно до 40 градусов. Обнаружение боковых лепестков можно устранить с помощью подавления боковых лепестков , которое сужает поле зрения, но дополнительные антенны и сложная схема налагают ограничения по размеру и цене, которые ограничивают это применение для военных, авиадиспетчерских служб и метеорологических агентств. Мобильный метеорологический радар устанавливается на полуприцепы с целью сужения луча.

Расстояние

Второе ограничение портативных устройств заключается в том, что им приходится использовать радар непрерывного действия , чтобы сделать их достаточно легкими и мобильными. Измерения скорости надежны только в том случае, если известно расстояние, на котором было зафиксировано конкретное измерение. Измерения расстояний требуют импульсной работы или использования камер, когда в поле зрения находится более одного движущегося объекта. Радар непрерывного действия может быть направлен непосредственно на транспортное средство, находящееся на расстоянии 100 ярдов, но производит измерение скорости второго транспортного средства, находящегося на расстоянии 1 мили, если он направлен на прямую дорогу. Еще раз возвращаемся к требованиям обучения и сертификации для последовательной и точной визуальной оценки, чтобы операторы могли быть уверены, скорость какого объекта измерено устройством, без информации о расстоянии, которая недоступна для радара непрерывного действия.

Некоторые сложные устройства могут производить разные измерения скорости нескольких объектов в поле зрения. Это используется для того, чтобы позволить использовать скоростной пистолет с движущегося транспортного средства, когда необходимо одновременно нацеливаться на движущийся и неподвижный объект, а некоторые из наиболее сложных устройств способны отображать до четырех отдельных скоростей цели во время движения. Режим еще раз подчеркивает важность способности операторов последовательно и точно визуально оценивать скорость.

Среда

Окружающая среда и местность, в которой проводятся измерения, также могут играть роль. Например, использование ручного радара для сканирования движения на пустой дороге, стоя в тени большого дерева, может привести к риску обнаружить движение листьев и ветвей, если дует сильный ветер (обнаружение боковых лепестков). Над головой может пролететь незамеченный самолет, особенно если поблизости находится аэропорт, что еще раз подчеркивает важность надлежащего обучения операторов.

Связанные камеры

Ограничения обычных радаров можно исправить с помощью камеры, направленной вдоль линии визирования.

Камеры связаны с автоматами по продаже билетов (известными в Великобритании как камеры контроля скорости ), где для срабатывания камеры используется радар. Порог скорости радара устанавливается на уровне или выше максимальной разрешенной скорости транспортного средства. Радар заставляет камеру сделать несколько снимков, когда ближайший объект превышает эту скорость. Для определения скорости транспортного средства по разметке дороги необходимы два изображения. Это может быть надежно при движении в городских условиях, когда в поле зрения находится несколько движущихся объектов. Однако в данном случае именно камера и ее временная информация определяют скорость отдельного транспортного средства, а радар просто предупреждает камеру о необходимости начать запись.

Новые инструменты

Лазерные устройства, такие как датчики измерения скорости LIDAR , способны производить надежные измерения дальности и скорости в типичных городских и пригородных дорожных условиях без ограничений для съемки местности и камер. Это надежно в условиях городского движения, поскольку LIDAR имеет направленность, аналогичную типичному огнестрельному оружию, поскольку форма луча больше напоминает карандаш, который производит измерения только от объекта, на который он нацелен.

См. также

• ЛИДАР-детектор
• Радар-детектор