SISTEMA DE VERIFICACION DE LA CALIDAD DE LA MEDIDA DE VELOCIDAD EN SISTEMAS BASADOS EN RADAR DOPPLER.

Sistema de verificación de la calidad de la medida de velocidad en sistemas basados en radar doppler.

El sistema sirve para verificar la calidad de la medida de velocidad que proporcionan los sistemas basados en radar doppler. Para ello compara en tiempo real las medidas realizadas con el sistema desarrollado con las que envía el radar doppler a verificar. Para la comparación se realiza un análisis estadístico en el que se verifica si el radar instalado mide la velocidad de los vehículos en vías de tráfico dentro de las tolerancias permitidas según la legislación vigente. La calificación de calidad del radar objeto de estudio es inmediata al finalizar el análisis.En el sistema, se integra un equipo emisor de radio que envía desde el radar la señal analógica doppler y la señal digital del radar doppler, y un equipo receptor de radio de las señales anteriores además de un sistema de adquisición de datos , sincronismo, control y análisis

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200701348.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: DE FRUTOS VAQUERIZO,JOSE, PASTOR PAZ,CARLOS, JIMENEZ MARTINEZ,FRANCISCO J.

Fecha de Solicitud: 17 de Mayo de 2007.

Fecha de Publicación: 14 de Febrero de 2012.

Fecha de Concesión: 2 de Febrero de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

G01P3/50 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01P MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA ACELERACION, DECELERACION O DE CHOQUES; INDICACION DE LA PRESENCIA, AUSENCIA DE MOVIMIENTO; INDICACION DE DIRECCIÓN DE MOVIMIENTO (midiendo la velocidad angular utilizando efectos giroscópicos G01C 19/00; dispositivos de medida combinados para medir dos o más variables de un movimiento G01C 23/00; medida de la velocidad del sonido G01H 5/00; medida de la velocidad de la luz G01J 7/00; medida de la dirección o de la velocidad de objetos sólidos por reflexión o reradiación de ondas radio u otras ondas basada en los efectos de propagación, p. ej. el efecto Doppler, el tiempo de propagación, la dirección de propagación, G01S; medida de la velocidad de radiaciones nucleares G01T). › G01P 3/00 Medida de la velocidad lineal o angular; Medida de diferencias de velocidades lineales o angulares (G01P 5/00 - G01P 11/00 tienen prioridad; midiendo la velocidad angular utilizando efectos giroscópicos G01C 19/00). › para medir una velocidad lineal (G01P 3/56 tiene prioridad).
G01S13/58F
G06F19/00

Clasificación PCT:

G01P3/50 G01P 3/00 […] › para medir una velocidad lineal (G01P 3/56 tiene prioridad).
G01S13/58 G01 […] › G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS. › G01S 13/00 Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas de radio, p. ej. sistemas de radar; Sistemas análogos que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas cuya naturaleza o longitud de onda sea irrelevante o no especificada. › Sistemas de determinación de velocidad o trayectoria; Sistemas de determinación del sentido del movimiento.
G06F19/00

Fragmento de la descripción:

Sistema de verificación de la calidad de la medida de velocidad en sistemas basados en radar doppler.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de la instrumentación electrónica y más concretamente en la verificación de la calidad de la medida de velocidad.

Estado de la técnica

Los sistemas radar doppler están instalados en vías de tráfico y su funcionamiento está basado en la aplicación directa del efecto doppler. En el documento ES 2091756, se describe el procedimiento de estos sistemas para la obtención de la velocidad basándose en el efecto doppler.

Actualmente el estado de la técnica en la comprobación de la calidad de este tipo de sistemas está basado en el registro de la señal analógica procedente del sistema radar doppler antes de ser procesada y en el registro de la información en formato digital que proporciona el radar doppler después de ser procesada. Estas dos señales analógica y digital respectivamente, se registran por separado con diferentes sistemas. Se toman un número N de medidas, al paso de un número M de vehículos (M≥qN). Posteriormente se accede a ambos registros y se irá verificando con un analizador de espectro la señal analógica para cotejarla con su correspondiente medida en formato digital que ha medido el sistema radar doppler.

El análisis espectral de la señal analógica que proporciona el radar doppler antes de ser procesada es la que contiene la información de la velocidad. Actualmente, se aplica esta señal, previamente registrada, a un analizador de espectro y se observa la frecuencia fundamental. Esta frecuencia fundamental es la llamada frecuencia doppler, f_doppler.

Como se puede observar, esta metodología presenta algunas imprecisiones:

• La frecuencia fundamental que se puede ver en el analizador no es constante, hay un Δf_doppler que no se contempla para luego calcular la velocidad. Esto implica un error a la hora de calcular la velocidad.

• Hay que realizar el cálculo de las velocidades, a posteriori, a partir de las f_doppler.

• El análisis comparativo entre el cálculo de la velocidad mediante el analizador de espectro y el proporcionado por el radar doppler, ha de hacerse tras haber calculado las velocidades. La sincronización entre la señal analógica y la digital se realiza de forma manual lo que implica un gasto excesivo en tiempo, e introduce un elemento de incertidumbre en la medida elevado.

Debido a lo expuesto anteriormente, sería deseable superar estas imprecisiones consiguiendo que la f_doppler detectada sea lo más exacta posible, que el cálculo de las velocidades se realizara de forma inmediata y que el análisis de las medidas realizadas a la entrada del radar doppler (señal analógica) y a la salida del radar doppler (señal digital) se realizase inmediatamente después de haber tomado la última medida de velocidad, sincronizando de forma automática ambas medidas.

Por ello, la invención que se describe se centra en el desarrollo de un sistema electrónico computerizado y el procedimiento de cálculo de la velocidad a partir de un conjunto de medidas de la f_doppler al paso de un vehículo en movimiento, del registro de las señales analógicas y digitales de forma sincronizada y de la elaboración y registro de un informe de resultados al finalizar la última medida de velocidad.

Descripción breve de la invención

En el sistema, se integra un equipo emisor de radio que envía desde el radar la señal analógica doppler y la señal digital del radar doppler, y un equipo receptor de radio de las señales anteriores además de un sistema de adquisición de datos, sincronismo, control y análisis.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra un diagrama de bloques del dispositivo, siendo el cinemómetro doppler (1) el sistema del que se pretende verificar su calidad de medida. El cinemómetro entrega una señal doppler de naturaleza analógica y una señal digital con la medida realizada por el cinemómetro. El bloque (2) es un emisor comercial de radio a 2,4 GHz para transmitir la señal analógica y el bloque (3) es un modem comercial de radio para transmitir la señal digital. Los bloques (4) y (5) son los correspondientes receptores radio de las señales analógica y digital respectivamente. El bloque (6) es un sistema de adquisición de datos gobernado por el bloque (7) que es un ordenador PC. Los bloques (6) y (7) realizan las tareas de adquisición de los datos, medida y análisis.

Las figuras 2 y 3 muestran un ejemplo de señal en el tiempo de la señal analógica que proporciona el cinemómetro (1). En estas figuras se aprecia con claridad las zonas en las que hay información de frecuencia doppler, f_doppler y donde no la hay.

En la figura 3 se muestra, a modo de ejemplo, una señal en la que se detectarían 3 vehículos entre los instantes t₁ \rightarrow t₂, t₃ \rightarrow t₄, y t₅ \rightarrow t₆.

La figura 4 muestra el diagrama de estados del software de medida que se describe a continuación:

Estado 1: Inicial

Comprueba la correcta sincronización entre el hardware y el software e inicializa variables. Se queda esperando a que el usuario pulse el botón Calibrar para que comience la calibración.

Estado 2: Busca Umbral

Analiza la "Señal Doppler" que envía el cinemómetro para fijar los niveles de amplitud con los que recibe dicha señal y poder discriminar el paso de un vehículo del ruido.

Realiza esta acción hasta que el usuario pulsa el botón Comenzar Medidas.

Estado 3: Midiendo

Analiza la "Señal Doppler" que envía el cinemómetro. Cuando detecta un vehículo calcula la velocidad del mismo en función de la frecuencia doppler. Compara la velocidad calculada con la "Señal Digital" que envía el cinemómetro. Si no recibe "Señal Digital", durante el paso de un vehículo o después de un tiempo limitado una vez que el vehículo ha pasado, desecha la medida.

Si la medida no se desecha pasa al estado 4 (Medida a Tabla).

Si la medida se desecha se queda en el estado 3 (Midiendo).

Estado 4: Medida a Tabla

Almacena la "Señal Doppler", en un archivo de audio, la velocidad detectada por el software a partir de la "Señal Doppler", la frecuencia fundamental de la misma señal y el dato digital correspondiente a la medida de velocidad que realiza el cinemómetro (1).

Estado 5: Genera Informe

Genera un informe detallado de todas las medidas realizadas y evalúa la correcta o incorrecta calibración del cinemómetro basándose en unas tolerancias.

Estado 6: Fin

Termina el programa liberando los recursos software y hardware que utiliza.

La figura 5 muestra el diagrama de flujo del estado "Midiendo" que es el estado en el que se realizan las operaciones de medida, procesado de señal y cálculo de la velocidad.

Descripción detallada

Es un sistema de verificación para cinemómetros tanto fijos como móviles y basados en efecto doppler, por medio de un sistema electrónico computerizado que mide la "Señal doppler" a la entrada del cinemómetro, calcula la velocidad a partir de esta señal, la compara con la que proporciona el propio cinemómetro, y determina las desviaciones entre ambas. En este sistema, las señales analógica y digital se transmiten y reciben vía radio, con etapa de sincronismo entre ambas y mediante un sistema electrónico computerizado que inicialmente ajusta el sistema fijando de manera automática los valores umbrales de amplitud de la señal doppler para así poder detectar la presencia de un vehículo. Posteriormente recoge la señal que supere los niveles...

Reivindicaciones:

1. Sistema de verificación de la calidad de la medida de velocidad en sistemas basados en radar doppler, fijos o móviles, del tipo que consta de un cinemómetro que genera señales de medida de velocidad analógicas y digitales, caracterizado por que consta de un emisor de radio para transmitir la señal analógica y de un módem comercial de radio para transmitir la señal digital, estando ambos conectados al cinemómetro por un cable, y de dos receptores de radio de las señales analógicas y digitales, respectivamente, unidos a un ordenador a través de otro cable, y porque con esa disposición de emisor-módem-receptor calcula las desviaciones de la medida proporcionada por el cinemómetro, a través de las siguientes etapas:

a. Autoajuste del sistema, por el que se fija de forma automática los valores umbrales de amplitud de la "Señal Doppler", A_us y A_ui para que el sistema detecte que está pasando un vehículo por la zona de influencia del cinemómetro b. Detección de la presencia de un vehículo en movimiento en la zona de influencia del cinemómetro, a partir de la amplitud del tono de la señal doppler detectada, si la amplitud del tono de la "Señal doppler" supera un valor umbral superior A_us. c. Detección de la presencia de un vehículo en movimiento en la zona de influencia del cinemómetro, a partir de la relación señal a ruido, si la relación señal a ruido de la "Señal Doppler" supera un valor de umbral superior S-R_s. d. Recogida de la "Señal Doppler", durante todo el tiempo en el que el vehículo está en la zona de influencia del cinemómetro, segmentando la señal para su análisis, y componiéndola posteriormente para conseguir la "Señal Doppler" completa. e. Detección de la salida de la zona de influencia del cinemómetro del vehículo, cuando se detecte que la amplitud del tono está por debajo de un umbral inferior A_ui, en caso de que se esté utilizando el sistema de detección de vehículos basándose en la amplitud del tono de la "Señal Doppler", o cuando se detecte que la relación señal a ruido de la "señal Doppler" esté por debajo de un umbral inferior S-R_i. f. Cálculo de la velocidad, del vehículo, aplicando un algoritmo a elegir por el usuario, analizando el espectro de la señal doppler recogida, pudiendo escoger para el cálculo de la velocidad toda la señal ó diferentes combinaciones de los segmentos de la señal obtenidos. g. Registro en soporte informático de la medida de velocidad proporcionada por el cinemómetro y emparejamiento sincronizado entre las medidas obtenidas por el cálculo de velocidad a partir de la "Señal Doppler" y la proporcionada por el cinemómetro ("Señal Digital"), que se guarda en un fichero. h. Registro en soporte informático de la "Señal Doppler", durante todo el tiempo en el que el vehículo está en la zona de influencia del cinemómetro, y almacenamiento del mismo en un fichero de datos. i. Procesado y comparación de datos, con la generación automática de un informe del resultado de la verificación.

2. Etapa de autoajuste del sistema según la reivindicación 1, que consta de las siguientes etapas:

a. El sistema recoge la "Señal Doppler" de entrada al cinemómetro y va almacenando el valor máximo del tono fundamental de dicha señal a través del sistema de adquisición de datos y el ordenador. b. Cuando el software desarrollado detecta un incremento en la amplitud del tono fundamental de la señal anterior, que supere el umbral establecido, presupone que hay un vehículo pasando por la zona de influencia del cinemómetro. c. Se procede a realizar los puntos a y b las veces que el usuario desee. d. La determinación del valor máximo de amplitud almacenado sirve para marcar el umbral superior A_us e inferior A_ui, de acuerdo con los requisitos fijados por el usuario.

3. Etapa de detección de presencia de vehículos según la reivindicación 1 caracterizada por las siguientes etapas:

a. El software, mediante el análisis de la señal adquirida y cuantificando la relación S-R determina si hay un vehículo pasando por la zona de influencia del cinemómetro. b. Recogida de la señal analógica y análisis espectral en tiempo real de la misma utilizando análisis de transformada de Fourier, FFT, obteniendo el valor de la frecuencia del tono fundamental de dicha señal. c. Cuando el sistema detecta que la relación señal a ruido es menor que S-R_i, significa que el vehículo ha salido de la zona de influencia del cinemómetro. d. Los tramos de señal doppler recogidos y almacenados proporcionan un conjunto discreto de medidas para el paso de un único vehículo por la zona de influencia del cinemómetro. e. La concatenación de los tramos de señal doppler recogidos proporcionan la señal doppler completa del paso de un vehículo por la zona de influencia del cinemómetro.

4. Etapa de recogida de la señal doppler a partir de la amplitud del tono de la misma según la reivindicación 1 que consta de las siguientes etapas:

a. Recogida de la señal analógica y análisis espectral en tiempo real de la misma, obteniendo la amplitud del tono fundamental, lo cual realizan el sistema de adquisición de datos y el software que gobierna el sistema en el ordenador. b. Se considerará que existe un vehículo en la zona de influencia si la amplitud del tono fundamental supera un valor umbral. c. Si el umbral es superado se recogerá la señal en tramos cortos de tiempo seleccionables por el usuario mediante el sistema de adquisición de datos, que adquiere datos a una frecuencia de muestreo no inferior a 44100 Hz durante los tramos de tiempo seleccionados hasta que el vehículo sale de la zona de influencia. d. Los tramos de señal doppler recogidos y almacenados proporcionan un conjunto discreto de medidas para el paso de un único vehículo por la zona de influencia del cinemómetro. e. La concatenación de los tramos de señal doppler recogidos proporcionan la señal doppler completa del paso de un vehículo por la zona de influencia del cinemómetro.

5. Etapa de cálculo de la velocidad del vehículo que pasa por la zona de influencia del cinemómetro según las reivindicaciones 1, que consta de las siguientes etapas:

a. El análisis espectral, utilizando la Transformada de Fourier, de los tramos de señal doppler proporciona la f_doppler detectada en cada tramo y con ella se calcula la velocidad del vehículo que pasa por la zona de influencia para cada uno de ellos, haciendo uso del algoritmo de conversión de frecuencia a velocidad del efecto doppler y de las características del cinemómetro en cuestión. b. Se consigue un conjunto discreto de velocidades, lo cual permite aplicar funciones estadísticas diversas para calcular la velocidad del vehículo con precisión. c. El sistema permite analizar el espectro de toda la señal (tramos concatenados), determinar la f_doppler y a partir de ella y con los parámetros característicos del cinemómetro obtener la velocidad del vehículo que pasa por la zona de influencia de aquel.

6. Etapa de emparejamiento entre las medidas de velocidad realizadas a partir de la señal doppler a la entrada del cinemómetro y las medidas digitales realizadas por el cinemómetro, según la reivindicación 1 que consta de las siguientes etapas:

a. Recogida de la señal doppler analógica a la entrada del cinemómetro y escucha si le llega señal digital procedente de la salida del cinemómetro. b. Recogida de la señal digital durante la presencia de señal doppler ó en un periodo de tiempo inferior al prefijado desde la no presencia de señal doppler. c. Rechazo de las medidas digitales y analógicas si no se produce lo descrito en los puntos a y b, considerando medidas válidas las no rechazadas.

7. Etapa de generación y almacenamiento de un informe con el resultado de la verificación, según la reivindicación 1, que consta de las siguientes etapas:

a. Tras realizar las N medidas impuestas por el usuario el sistema realizará un análisis de las desviaciones según los criterios impuestos por el usuario. b. El resultado de este análisis se realiza en tiempo real y se muestra en un documento que queda almacenado en el sistema y listo para su impresión.

8. Sistema computerizado electrónico para la verificación de radares móviles basados en el efecto doppler, según reivindicación 1 y 5, caracterizado porque calcula la velocidad del vehículo como suma de la velocidad del vehículo portador y la velocidad detectada por el sistema de verificación.

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