Почему именно радары?
Компания «АО ПКК Миландр» знакома хабровчанам в сфере разработки интегральных микросхем. Сейчас номенклатурный ряд микросхем достаточно широкий, но в данном контексте нам интересны именно DSP (ЦОС) процессоры 1967ВН028 и 1967ВН044, которые имеют систему команд совместимую с процессором ADSP TS201. Принципиальное различие процессоров заключается в том, что 1967ВН028 нацелен на работу в составе многопроцессорного вычислительного кластера, а 1967ВН044 больше подходит на роль микроконтроллера с мощным вычислительным ядром и богатым набором периферии.
Именно процессоры 1967ВН028 стали востребованы в радарной тематике, правда речь идет о радарах «специального» назначения. В качестве примера могу привести блок обработки радиолокационных данных – ВНБО, рисунок 1).
Рисунок 1. Внешний вид ВНБО.
ВНБО предназначен для цифровой обработки радиолокационных сигналов, поступающих от блока приёмопередающих модулей, и передачи результатов на рабочую станцию оператора:
- Тип вычислительного ядра – микросборка «МВМ-03» (4×1967ВН028 + ПЗУ);
- Количество – 52 микросборки «МВМ-03»;
- Вычислительная производительность ~1100 Гфлопс.
Соглашусь, что 1100 Гфлопс сегодня не выглядит как выдающийся результат, но стоит отметить, что речь о «специальном назначении» (со всеми «вытекающими» особенностями: работа при температуре в -60, рядом с источником электромагнитных “помех” в 100 кВт) и о том, что ближайший отечественный аналог, разработанный не так давно на других процессорах, имеет вычислительные возможности почти в три раза ниже.
Ближе к теме!
Рассмотрим принцип работы FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) радара, обобщенная структура которого показана на рисунке 2. Передатчик радара излучает непрерывный ВЧ сигнал через топологически сфазированную антенную решетку (АР), частота которого изменяется в заданном диапазоне по заранее определенному линейному закону, при этом амплитуда частотно-модулированного сигнала остается практически неизменной. Излучаемые радаром электромагнитные сигналы, отражаясь от объектов, находящихся в зоне обнаружения, поступают через приёмную АР на модуль приемо-передатчиков, где, смешиваясь с передаваемым сигналом, образуют разностный сигнал на промежуточной частоте. Частота промежуточного сигнала fif зависит от расстояния fR и относительной скорости fD обнаруженного объекта.
Рисунок 2. Обобщенная структурная схема.
Рассмотрим идеальный случай, когда цель одна, и движется медленно (рисунок 3). Графики показывают характер изменения частоты передаваемого (красный) и принимаемого (зеленый) СВЧ сигналов во времени и причину формирования промежуточной частоты fif (T – период зондирования, разностная частота показана без знака).
Рисунок 3. Принцип работы FMCW радара при частотно-модулированном излучаемом сигнале.
Промежуточная частота fif складывается из двух компонент: доплеровского сдвига частоты, зависящего от скорости объекта
и разностной частоты, вызванной временной задержкой на распространение зондирующего сигнала “туда” и “обратно”
Промежуточная частота fif , формируется согласно уравнению
При использовании нашего модуля приемопередатчика M-LC6 (описание есть на сайте) в условиях безэховой камеры и не быстрого (500 Гц) модулирующего «пилообразного» сигнала отражение от уголкового отражателя выглядит следующим образом (рисунки 4 и 5):
Рисунок 4. Фотография условий эксперимента.
Рисунок 5. Модулирующий сигнал (синий), квадратурный (желтый) и синфазный (зеленый) сигналы ПЧ.
Рисунок 6. Результат расчета FFT.
Рассчитаем разностную частоту для данного случая (понимая, что fD = 0):
Matlab и осциллограф, совмещенный с генератором от Keysight, – это, конечно, хорошо и правильно, но в реальности для коммерческой компании – это неинтересно. Необходимо, чтобы всё было в формате законченного изделия, имеющего реальное коммерческое применение.
Рисунок 7. Фотография прототипа.
Рисунок 8. Фотография макета.
Рисунок 9. Фотография опытного образца «однолучевого радара».
«Однолучевой радар» состоит из модулей приемопередатчика и вычислителя с сигнальным процессором. Приёмопередатчик представляет собой компактный модуль, включающий АР, реализованную в виде отдельных передающей и приемной частей, выполненных симметрично. Каждая часть состоит из отдельных патч-антенн, сориентированных между собой таким образом, чтобы была сформирована желаемая диаграмма направленности (ДН), и минимизировано взаимное влияние приёмника и передатчика. Модуль цифрового вычислителя разработан на основе 32-разрядного высокопроизводительного процессора цифровой обработки сигналов1967ВН044 (тактовая частота до 230 МГц). Рассмотрим подробнее структурную схему радара (рисунок 10).
Рисунок 10. Структурная схема опытного образца «однолучевого радара»
ЦАП и АЦП выбираются по частоте, цене и возможности когерентного захвата данных. Сейчас реализована простая схема, почти не загружающая процессорное время, – в ОЗУ лежит заранее сформированный фрагмент «пилы»; цепочка DMA выдвигает данные в SPI0 и в нужный момент перезапускает фрагмент этой пилы, запуская таймер TMR0. TMR0 запускает другую цепочку DMA, которая собирает данные с SPI1, выводы nCS двух АЦП объединены, выводы SDO, CLK заведены на простенький буфер, TMR0 также управляет стробами nOE буфера, а DMA собирает данные последовательно сначала с одного АЦП, а затем с другого, даже не подозревая, что это не один АЦП. Процессор загружается разного рода «фильтрацией» и расчетом FFT. Физический уровень CAN обеспечивает микросхема 5559ИН14, а логический – SPI CAN-контроллер. Ethernet также выполнен на Ethernet-контроллере. Решение по CAN и Ethernet сейчас переносится на наш 1986ВЕ1QI, там уже есть CAN и Ethernet. Микросхема ГЛОНАСС используется не обычная, а «Навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS/SBAS/GALILEO — ПРО-04, ИЛТА.464346.001» НИИ МА ПРОГРЕСС. Работает нормально, подключается по UART, свои задачи явно выполняет. Физический уровень RS-485 обеспечивает микросхема 5559ИН10. Таким образом видно, что сегодня вполне реально создать коммерческий продукт с очень высокой степенью «отечественности» локализации по ЭКБ.
Удобство такой модульной платформы очевидно. Меняем СВЧ приёмопередатчик (рисунок 11) – получаем другое изделие, а FFT «крутится» на процессоре.
Рисунок 11. Пример характеристик двух СВЧ модулей в одном габарите.
Другими словами, если забыть про всё, что реально расширяет нам каждый бин FFT (например, наложение оконной функции), ЛЧМ в 200 МГц обеспечивает нам разрешающую способность по дальности в 75 см. Но 200 МГц должны быть стабильными, иначе будет нарушение ГКРЧ. А так как мы должны использовать максимально дешевые доступные СВЧ микросхемы, ожидаемо, что с термостабилизацией у них не очень. Можно и нужно вносить аналоговую термокомпенсацию (например вводя термисторы в схему управления ГУН). Таких СВЧ приёмопередатчиков мы собрали уже несколько тысяч и можем поделиться обобщенной статистикой (рисунок 12).
Рисунок 12. Пример характеристик частотно-температурных зависимостей (слева – зависимость абсолютного значения частоты в МГц от температуры, справа – зависимость полосы ЛЧМ сигнала от температуры), при подаче модулирующего сигнала лабораторным генератором.
Видно, что термокомпенсация получилась неплохой, максимальный разброс ±15 МГц и в крайних значениях температуры (минус 40 плюс 85 градусов). Если считать грубо, то это 30 МГц на 125 градусов или 0,24 МГц на градус (основные импортные аналоги обеспечивают 1 МГц на градус). Но ГКРЧ нарушается, значит, нужна дополнительная стабилизация. На модуле СВЧ для этой цели предусмотрен сигнал делителя частоты (рисунок 10); сигнал делителя – низкочастотный, порядка 24 кГц – заводится на вход таймера TMR1. TMR1 записывает в память текущее значение счетчика «тиков» процессора, затем TMR1 отсчитывает до 1000 и снова записывает значение счетчика «тиков» процессора. Сравнивая эти значения, можно достаточно точно получить значение делителя частоты.
Хорошо, частоту СВЧ сигнала мы теперь знаем, нужно её скорректировать с помощью ЦАП, соответственно, точность подстройки частоты зависит от разрядности и качества ЦАП. Мы получили точность подстройки частоты СВЧ сигнала не хуже 240 кГц, что соответствует ±1·10-3% от частоты 24,15 ГГц. Процесс подстройки представлен на рисунке 13.
Рисунок 13. Пример частотно-временной зависимости при включении радара.
Другой вопрос – изменяется ли диаграмма направленности при использовании крышки из радиопрозрачного материала? К сожалению, крышка почти всегда ведет себя как сильная неоднородность, но при правильном подборе параметров (материал, толщина, самое важное расстояние от АР), в целом, всё будет терпимо. Наибольшие трудности возникают, когда необходима широкая диаграмма, так как увеличивается число возможных переотражений и даже если всё сделано правильно, крышка выступает в качестве диэлектрической линзы и немного обужает диаграмму.
Приведу пример измерений для немного другого радара с использованием следующих крышек: напечатанной на 3D принтере со 100% заполнением (красный), такой же, но отлитой из “типового” обычного пластика Vg280 (голубой), отлитой из “типового” пластика, но на скорректированном расстоянии от АР (зеленый) (рисунок 14).
Рисунок 14. Измерение диаграммы направленности.
Радар «Поток-1», ТСКЯ.466369.007, является радиолокационным детектором транспортных средств (ТС) и предназначен для автоматизированного учета интенсивности дорожного движения. Детектор определяет следующие основные параметры: количество обнаруженных ТС, средняя скорость, загруженность, количество полос, классификация обнаруженных ТС; а для каждого из обнаруженных ТС – скорость, длину, класс, номер полосы движения.
Детектор располагается возле контролируемого участка дорожного полотна на высоте 4-6 метров в зависимости от числа полос и необходимой максимальной дальности детектирования. В азимутальной (горизонтальной) плоскости детектор направляется ортогонально дороге, в угломестной плоскости, со смещением в 15-35 градусов (с наклоном в сторону дорожного полотна, рисунок 15).
Рисунок 15. Фотография установки радара «Поток-1» на объекте эксплуатации.
Радар «Скорость-1», ТСКЯ.466369.006, является радиолокационным измерителем скорости движения и предназначен для обнаружения движущихся ТС, детектирования их скорости и направления движения. Измеритель может определять скорость целей с учетом направления их движения (только встречные, только попутные, оба направления), выделять скорости самой быстрой цели из группы и цели с наибольшей амплитудой принятого сигнала.
Измеритель (рисунок 16) может быть использован как самостоятельный прибор, так и встраиваться в готовые решения заказчика. В настоящее время востребованы следующие применения: табло информирования о превышении скорости на опасном участке дороги, системы контроля скорости движения в складских помещениях и частных территориях.
Рисунок 16. Применение радара скорость для информирования о опасном участке дороги.
Радары «Поток-1» и «Скорость-1» соответствуют требованиям ГОСТ Р 50856-96, ГОСТ 33991 2016, ГОСТ Р 50607-2012 с уточнениями, изложенными в технических условиях, являются конструктивно законченными, самостоятельными, изделиями и имеют класс защиты IP67 по ГОСТ 14254-2015.
Как это связано с темой статьи?
Результатом функционирования рабочих групп стала разработка целой серии новых стандартов (в плане разработки числились более 180 проектов), регламентирующих различные сферы автомобильной отрасли: от электрифицированного (например, элементы инфраструктуры: зарядные станции, методы подключения, протоколы взаимодействия и т.д.) до автономного транспорта (см. далее). Для примера приведу несколько свежих стандартов по теме ADAS:
- ГОСТ Р 58835-2020 Автомобильные транспортные средства. Бортовые системы помощи водителю. Радарные подсистемы. Общие технические требования и методы испытаний. (Дата введения 2021-04-30)
- ГОСТ Р 58834-2020 Автомобильные транспортные средства. Бортовые системы помощи водителю. Общие технические требования к компонентам и методы испытаний. (Дата введения 2021-04-30)
- ГОСТ Р 58838-2020. Автомобильные транспортные средства. Бортовые системы помощи водителю. Системы непрямого обзора. Общие технические требования и методы испытаний (Дата введения 2021-04-30)
Таким образом, Миландр, с одной стороны, имел опыт разработки военных локаторов вычислительной техники для обработки радиолокационных данных, с другой – опыт разработки отечественных DSP процессоров, а также давно сотрудничал с кафедрой «Информационных радиосистем» Нижегородского Государственного Технического Университета им. Р.Е. Алексеева (одного из основных профильных ВУЗов по радиолокации). Другими словами, многое сложилось удачно. А ещё мне как инженеру кажется важным, что к началу такого сложного проекта в лабораториях Миландра имелось всё необходимое безумно дорогое измерительное оборудование.
Детектируем, разбираем, изучаем, паяем и глушим полицейские радары и лидары
Время на прочтение
Давным давно, в 1902 году, сидят в кустах трое полицейских (с интервалами в 1 милю), у каждого секундомер и телефон. Проносится мимо первого автомобиль, он тут же засекает время и звонит второму, второй делает математические вычисления и звонит третьему, а тот уже останавливает машину. (пруф)
«Антирадар» в разборе. (Радар-детектор — пассивный приемник сигналов полицейских радаров, предупреждающий водителя о необходимости соблюдать установленный скоростной режим.)
Сегодня речь пойдет о приборах для радиоэлектронной борьбы на наших дорогах.
Пока антирадары и радар-детекторы у нас не запрещены, то РЭБ у нас не ведется, но в некоторых странах война идет по полной. Мы же можем только подготовиться.
Радиоэлектронная борьба (РЭБ) — разновидность вооружённой борьбы, в ходе которой осуществляется воздействие радиоизлучениями (радиопомехами) на радиоэлектронные средства систем управления, связи и разведки противника в целях изменения качества циркулирующей в них военной информации, защита своих систем от аналогичных воздействий, а также изменение условий (свойств среды) распространения радиоволн. Wikipedia
Как противостоять тому, кто пытается снять о вас информацию без вашего ведома и как защитить свои «персональные данные» от несанкционированного съема.
Радары, детекторы радаров, детекторы детекторов радаров. О том, какие бывают, как сделать/распилить самому и то и другое.
(Спасибо интернет-магазину fonarimarket.ru за предоставленное оборудование)
Первый в мире автомобильный радар
Одни из первых полицейских радаров середины 20-го века:
Радиочастотный радар (доплеровский радар) излучает высокочастотный радиосигнал X-, K- или Ka-диапазона в направлении автомобиля. Частота отраженного сигнала изменяется пропорционально скорости перемещения объекта. Приняв отраженный сигнал, радар, измеряет отклонение частоты и вычисляет скорость автомобиля. Полученное значение скорости отображается на дисплее радара или передается в ситуационный центр, в случае, если радар стационарный.
Диапазоны радаров ГАИ определяются международными соглашениями. В России сертифицированы три диапазона, частоты всех радаров, используемых ГИБДД в нашей стране, должны находиться в их пределах.
Х-диапазон (рабочая частота 10.525 ГГц). Первые детекторы работали в этом диапазоне, но сегодня они почти полностью уступили место аппаратуре, использующей другие частоты, хотя некоторые зарубежные и российские (БАРЬЕР, СОКОЛ) продолжают его использовать.
К-диапазон (несущая частота 24.150 ГГц). Базовый для подавляющего большинства радаров ДПС в мире. Приборы, работающие в нем, более компактны, но имеют большую дальность обнаружения, чем аппараты X-диапазона.
Диапазон VG-2 (16000 МГц) — диапазон, который полиция некоторых европейских стран (где запрещены радар-детекторы) использует для обнаружения автомобилей с радар-детекторами.
Перспективные диапазоны Ка и Кu в России пока не сертифицированы, и радары-камеры этих диапазонов у нас не применяются. Детекторы, используемые автомобилистами, настроены на диапазоны радаров ГАИ всех используемых в нашей стране частот.
Орудия большого брата
Радар «Искра-1» — надежный и эффективный измеритель скорости, работающий в K-диапазоне. Уже 15 лет радар успешно используется дорожно-постовыми службами для контроля скоростного режима на дорогах России. «Искра-1» работает на удвоенной частоте K-диапазона, что существенно повышает надежность измерений при неблагоприятных погодных условиях. Отличительной особенностью моделей «Искра-1» является моноимпульсный способ измерения скорости. Этот режим обеспечивает высокое быстродействие прибора: параметры движения автомобиля радар рассчитывает всего за 0,2 секунды. При этом радар практически невидим для всех неадаптированных под российские условия радар-детекторов зарубежного производства: все они воспринимают короткоимпульсный сигнал «Искры» как помеху.
Характеристики
Тип прибора радар
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный, патрульный (в движении)
Дальность обнаружения до 800 м
Диапазон измерения скорости 30—220 км/ч
Погрешность измерения ±1 км/ч
Модельный ряд
«Искра-1В» предназначена для работы в стационарном режиме, преимущественно в одном направлении. Радар позволяет практически в любых условиях выделить в дорожном потоке транспортное средство с наибольшей скоростью, превышающую скорость потока всего на 5 км/ч.
«Искра-1Д» — первый российский радар, способный работать во всех направлениях в движущейся патрульной машине. За одну секунду радар успевает совершить пятикратное измерение собственной скорости и скорости цели, исключить возможные погрешности, обработать результаты измерений и вывести их на табло, последовательно отображающее скорость цели, собственную скорость и время с начала измерения.
Мобильный радар «Сокол-М» — автономный радиолокационный измеритель скорости, работающий в устаревшем X-диапазоне. Прибор предназначен для определения скорости только встречных автомобилей. Габаритный, удобный в использовании, радар способен контролировать скорость как отдельных автомобилей, так и движущихся в потоке на расстоянии 300—500 м. Отлично распознается «белыми» радар-детекторами любой ценовой категории. Радар «Сокол-М» был снят с производства в 2008 году, но из-за высокой надежности, удобства в обращении и относительно небольшой цены очень широко используется сейчас в России и странах содружества.
Характеристики
Тип прибора радар
Рабочая частота измерителя скорости 10500—10550 МГц (X-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный, патрульный (в движении)
Дальность обнаружения до 600 м
Диапазон измерения скорости 20—250 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Модельный ряд
«Сокол-М-С» предназначен для стационарного контроля скоростного режима и имеет регулируемую дальность действия. Все модели «Сокол-М» работают в импульсном режиме Ultra-X, что делает эти радары трудноуловимыми для радар-детекторов низшей ценовой категории и моделей, неадаптированных для использования в российских условиях.
«Сокол-М-Д» предназначен для замеров скорости встречных и попутных транспортных средств в движущемся патрульном автомобиле.
«Сокол-Виза» — мобильный комплекс замера скорости и видеофиксации представляет собой радар «Сокол-М», работающий в паре с цифровой видеокамерой. Система работает в стационарном режиме (устанавливается преимущественно на неподвижный патрульный автомобиль) и может измерять скорость только встречных машин. Комплекс «Сокол-Виза» фиксирует на видео не только нарушения скоростного режима, но и движение на красный свет и пересечение сплошных полос — опротестовать подобное обвинение в нарушении ПДД практически невозможно.
Особенностью «Бинара» является наличие двух видеокамер: первая служит для широкого обзора дорожной ситуации, вторая ведет съемку крупным планом автомобиля нарушителя с различимым номерным знаком на расстоянии до 200-т метров. Прибор способен работать стационарно или во время движения патрульного автомобиля ДПС. Наличие двух видеозаписей в дополнение к показаниям радара упрощают контроль ситуации на дороге и повышают достоверность выявления нарушителя ПДД. «Бинар» оснащен энергонезависимой картой памяти в формате SD, обладает малым весом, способен заряжаться от бортовой сети автомобиля и может синхронизироваться с компьютером. Управление радаром осуществляется при помощи пульта дистанционного управления или сенсорного экрана.
Характеристики
Тип прибора радар, видеофиксатор
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный, патрульный
Дальность обнаружения до 300 м
Диапазон измерения скорости 20—300 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Радар «Радис» обладает высокой точностью и быстрой скоростью измерения с возможностью выбора самого ближнего или самого быстрого автомобиля из транспортного потока. Прибор способен измерять скорость и во встречном, и попутном направлениях, оснащен двумя дисплеями с яркой подсветкой и имеет простое управление при помощи экранного меню. Радар способен проводить измерения скорости, заряжаясь от бортовой сети автомобиля. Вес прибора составляет всего 450 г. «Радис» можно установить в салоне, а так же на капоте или крыше патрульного автомобиля при помощи магнитной подставки. С помощью дистанционного пульта радаром можно управлять удаленно.
Характеристики
Тип прибора радар
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный, патрульный
Дальность обнаружения до 800 м
Диапазон измерения скорости 10—300 км/ч
Погрешность измерения ±1 км/ч
Полицейский радар «Беркут» предназначен для контроля скорости одиночных транспортных средств или автомобилей в плотном потоке движения. Обладает возможностью выбора самой ближней или самой быстрой машины. Радар оснащен подсветкой индикатора и кнопок, позволяющей инспектору ГИБДД фиксировать скорость автомобиля в темное время суток. «Беркут» может работать 10 часов без подзарядки и измерять скорость как стационарно, так и в режиме патрулирования. Радар удобен в применении и легко монтируется на приборную панель автомобиля. В зависимости от ситуации к устройству можно присоединить рукоять, кронштейн или видеофиксатор.
Характеристики
Тип прибора радар
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный
Дальность обнаружения до 800 м
Диапазон измерения скорости 20—250 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Во время определения скорости радар «Визир» осуществляет фото- и видеозапись автомобиля нарушителя, что помогает инспектору ГИБДД в разрешении спорных ситуаций. В снимок сделанный «Визиром» вносятся результаты измерений скорости, а так же контрольные дата и время. Прибор производит измерения во всех направлениях и способен работать как стационарно, так и в патрульной машине. Радар оснащен встроенным ЖК-дисплеем и простым меню с удобным расположением управляющих клавиш. В приборе есть функция автоматического измерения скорости и записи нарушения ПДД. «Визир» можно подключать к внешнему монитору и передавать данные на компьютер.
Характеристики
Тип прибора радар, видеофиксатор
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный, патрульный
Дальность обнаружения до 600 м
Диапазон измерения скорости 20—250 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Радарный комплекс «Стрелка»
Радарный комплекс «Стрелка» безошибочно осуществляет измерение скорости всех транспортных средств, попавших в зону его действия (500 м от места установки), вне зависимости от плотности потока движения. Камера «Стрелки» фиксирует превышение установленного скоростного режима на расстоянии от 350 до 50 м до места установки и фотографирует автомобиль нарушителя с четко различимыми номерными знаками. Полученные данные обрабатываются компьютером и передаются в центр обработки информации по оптоволоконной линии или по радиоканалу.
Характеристики
Тип прибора радар, фотофиксатор
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления (до 4-х полос)
Режим измерения скорости стационарный, патрульный
Дальность обнаружения до 500 м
Минимальная дальность обнаружения 50 м
Диапазон измерения скорости 20—300 км/ч
Погрешность измерения ±1 км/ч
Модельный ряд
«Стрелка-01-СТ» — стационарное устройство, устанавливающееся над проезжей частью и передающее информацию в центр управления по оптоволоконной связи.
«Стрелка-01-СТР» — стационарное устройство, устанавливающееся над проезжей частью и передающее информацию в центр управления по радиосвязи.
«Стрелка-01-СТМ» — мобильный вариант прибора с возможностью размещения на патрульной машине.
Радарный комплекс «Арена»
Аппаратно-программный комплекс «Арена» предназначен для автоматического контроля скоростного режима на определенном участке дороги. Подготовка комплекса к работе занимает около 10 минут. «Арена» устанавливается на треноге в 3—5 м от края проезжей части. Превысившие скоростной порог автомобили автоматически фотографируются, а данные о нарушениях передаются на пост ДПС или сохраняются в памяти прибора. Радарный комплекс питается от аккумулятора, расположенного рядом в специальном боксе.
Характеристики
Тип прибора радар, фотофиксатор, АПК
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения встречное
Режим измерения скорости стационарный
Дальность обнаружения до 90 м
Диапазон измерения скорости 20—250 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Фоторадарный комплекс «Крис»
Фоторадарный комплекс «Крис» предназначен для автоматической фиксации нарушений ПДД, распознавания номеров транспортных средств, проверки их по федеральным или региональным базам и передачи данных на удаленный пост ДПС. Прибор оснащен инфракрасной камерой, что позволяет ему работать в ночное время суток. «Крис» устанавливается на треноге недалеко от края проезжей части и измерят скорость только тех автомобилей, которые находятся в кадре.
Характеристики
Тип прибора радар, фотофиксатор
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный
Дальность обнаружения до 150 м
Диапазон измерения скорости 20—250 км/ч
Погрешность измерения ±1 км/ч
Модельный ряд
«Крис-С» — стандартная модель фоторадарного комплекса.
«Крис-П» — улучшенная модель с новым фоторадарным датчиком.
Радар «Рапира-1» используется только для стационарного измерения скорости транспортных средств, способен работать отдельно или в составе различных аппаратно программных комплексов. Радар устанавливается на расстоянии 4—9 метров над дорогой под углом в 25° и позволяет определять скорость автомобиля в узкой зоне контроля.
Характеристики
Тип прибора радар, фотофиксатор
Рабочая частота измерителя скорости 24050—24250 МГц (K-диапазон)
Контролируемые направления движения встречное
Режим измерения скорости стационарный
Дальность обнаружения до 20 м
Диапазон измерения скорости 20—250км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Лазерный радар «Лисд-2»
Лазерный радар «Лисд-2» предназначен для измерения скорости движения и дальности до различных объектов, использует узконаправленное световое излучение позволяющее выделить конкретный автомобиль в плотном потоке транспортных средств. Лидар выполнен в виде бинокля с оптическим прицелом, работает только стационарно, но измеряет скорость по всем направлениям. Предусмотрено крепление плечевого ремня и возможность установки прибора на штатив.
Характеристики
Тип прибора лидар, фотофиксатор
Длина волны лазера 800—1100 нм
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный
Дальность обнаружения до 400 м
Диапазон измерения скорости 1—200 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Модельный ряд
«Лисд-2М» — стандартная модель лидара.
«Лисд-2Ф» — улучшенная модель, оснащенная блоком фотофиксации.
Лазерный радар «Амата»
Лазерный радар «Амата» способен точно измерять скорость и удаленность транспортных средств и фиксировать нарушения ПДД при помощи фото- или видеосъемки. Устройство работает на основе лазерного измерителя скорости, что позволяет достоверно выделить нужный инспектору ГИБДД автомобиль из плотного транспортного потока. Лидар «Амата» оснащен визирной меткой, которая на дисплее устройства или на фотографии совпадает с направлением лазерного луча и является доказательством замера скорости конкретного автомобиля.
Характеристики
Тип прибора лидар, фотофиксатор
Длина волны лазера 800—1100 нм
Контролируемые направления движения все направления
Режим измерения скорости стационарный, патрульный
Дальность обнаружения до 700 м
Диапазон измерения скорости 1,5—280 км/ч
Погрешность измерения ±2 км/ч
Радар-детектор
Законность
Использование радар-детекторов официально разрешено в России, Украине, Беларуси, Молдове, Казахстане и всех остальных странах содружества, в США (кроме штата Вирджиния и в Вашингтоне, округ Колумбия), Великобритании, Исландии, Болгарии, Румынии, Словении, Албании, Израиле, Японии, Индии, Пакистане, Тайване, Новой Зеландии.
Радар-детекторы запрещены к использованию в Канаде (кроме штатов Британская Колумбия, Альберта и Саскачеван), Бразилии, Финляндии, Норвегии, Швеции, Бельгии, Ирландии, Швейцарии, Дании, Германии, Австрии, Голландии, Люксембурге, Франции, Испании, Португалии, Италии, Греции, Хорватии, Сербии, Словакии, Польше, Венгрии, Боснии, Чехии, Эстонии, Латвии, Литве, Турции, Иордании, Сингапуре, Малайзии, Египте, Саудовской Аравии, ОАЭ, ЮАР, Австралии (за исключением штата Западная Австралия).
Первый в мире радар-детектор для автомобилистов
Продвигали такие гаджеты через журнал «Популярная электроника» (1961):
Более поздние модели:
Внутренности современного радар-детектора SHO-ME 520 STR
подробное описание компонент на похожем устройстве
Ложные сигналы — это радиосигналы посторонних устройств, работающих в диапазонах полицейских радаров, но не имеющих к последним никакого отношения. Например, автоматические двери магазинов, могут работать в X- и K-диапазонах, сигналы спутникового оборудования могут обнаруживаться радар-детектором в X-диапазоне, на прилегающих к аэропортам территориях могут обнаруживаться радиосигналы всех диапазонов, а также сигналы лазера.
В радар-детекторах применяются программные и аппаратные методы защиты от ложных радиосигналов. Аппаратные методы предполагают установку специализированных фильтров в приемное устройство радар-детектора, а программные методы включают в себя особые алгоритмы, способные идентифицировать сигнал радара и отсечь его сигнал от помех. Но иногда этих методов бывает не достаточно, особенно при использовании радар-детектора в городских условиях с большим количеством помех от посторонних устройств. Для этого у всех современных радар-детекторов предусмотрено ручное изменение чувствительности прибора — переключение между режимами «Город» и «Трасса». В зависимости от «помеховой» обстановки водитель самостоятельно может настраивать чувствительность своего устройства и минимизировать количество ложных срабатываний радар-детектора.
Активные антирадары
Антирадар — устройство активного типа. Оно оснащено не только радиоприемником для обнаружения сигнала, но и радиопередатчиком, который излучает сигнал-помеху. Именно этот сигнал нарушает работу полицейских радаров: он смешивает поступающий от радара сигнал с радиошумами («белый шум»). Радиоприемник радара получает искаженный сигнал и не может определить скорость движения машины, на которую и был направлен радиосигнал.
Данные устройства запрещены практически повсеместно. Данный прибор попадает в перечень устройств, внесенных в Закон «О противодействии органам дорожного движения».
Лазерный Антирадар
Во время своей работы в ответ на посылаемый полицейским радаром сигнал, лазерные антирадары отсылают свой, сдвинутый по фазе. В результате полицейский получает заниженное на порядок значение скорости. Стоит отметить, что разброс цен на устройства такого типа значителен. Объясняется это как брендом изготовителя и его «раскрученности» на рынке, так и способом изготовления и применяемыми комплектующими. Самыми дорогими являются лазерные антирадары скрытой или разнесенной установки, а также способные одновременно обрабатывать одновременно большое количество (до восьми) сигналов, определяя при этом мощность и уровень сигнала.
Применять «глушилки» против лидаров также не рекомендуется, так как они уже включены в перечень Закона «О противодействии органам дорожного движения».
Демонстрация лазерного джаммера:
Детектор детекторов радаров
В ряде зарубежных стран, по закону запрещены радар-детекторы. Для того что-бы определить, стоит в машине радар-детектор или нет, была придумана система VG-2 (16000 МГц). Принцип действия — машина облучается сигналом определенной частоты, т.к. внутри радар-детектор много радио-деталей, они наводят на этот сигнал «помехи» и по их наличию или отсутствию прибор выдает — стоит в в машине радар-детектор или нет.
Современные радар-детектор имеют функцию определения VG-2 приборов (на самом деле при обнаружении VG-2 радар просто на некоторое время — выключается).
Все радар-детекторы можно разделить на 2 основные группы — гетеродинные и прямого усиления. Детекторы прямого усиления изначально не могут быть обнаружены такими приборами т.к. у них конструктивно отсутствует излучение. В гетеродинных детекторах в процессе обработки сигнала используется гетеродин, являющийся источником излучения(минимального, но есть). Именно это излучение и может улавливаться сверхчувствительными приборами для поиска радар-детектора на расстоянии. Расстояние может достигать нескольких сотен метров.
При наличии опции VG-2 в детекторе — радар-детектор кроме обычных радарных частот сканирует еще и эту выделенную частоту на предмет обнаружения сигнала такого прибора. При обнаружении сигнала все гетеродины в детекторе отключаются, а с ними и прием сигналов радара и таким образом детектор защищается от обнаружения. Детектор полностью включается только после пропадания сигнала в VG-2 диапазоне.
Кроме VG-2, которая уже является устаревшей технологией, существуют устройства типа Спектр, которые также дистанционно обнаруживают наличие гетеродинного радар-детектор в автомобиле. В отличие от VG-2, Спектр не имеет выделенной частоты и поэтому его невозможно обнаружить заранее. Единственная защита от обнаружения Спектрами это снижение уровня излучения гетеродина за счет экранирования и использования малошумящих усилителей сигнала.
Противодействие детектору детекторов радаров
1. Не использовать в конструкции радар-детектора гетеродин — нет излучающих элементов нет проблемы, но радар-детектор прямого усиления не отличаются высокой чувствительностью;
2. Противодействовать системам VG-2 можно отключая гетеродин и это и делается в большинстве радар-детекторов. Как только радар-детектор обнаруживает сигнал в диапазоне VG-2 он отключает гетеродин и таким образом препятствует обнаружению. При использовании этого метода есть один очень важный побочный эффект — в момент обнаружения сигнала VG-2 радар-детектор не может обнаруживать сигналы радаров т.к. его гетеродин отключен. Этот способ работает только с VG-2, а системы Спектр имеют другой принцип и такой способ не возможен.
3. Для противодействия Спектрам производители радар-детектор всеми доступными способами снижают излучение выдаваемое гетеродином наружу. Для этого используется экранирование, металлические корпуса, настройка резонанса — это из числа пассивных способов. К активным относится использование малошумящих усилителей (LNA), снижение частот гетеродина и т.п. методы. Использование одновременно нескольких способов способно защитить радар-детектор от обнаружения, но полностью не обнаруживаемых радар-детекторов пока не много, но их число постоянно увеличивается по мере перехода производителей на более высокие технологии. Первым полностью не обнаруживаемым радар-детектором был Beltronics STi. При использовании этого способа противодействия отсутствуют какие-либо побочные эффекты.
В России функции VG и Spectre не актуальны, так как у нас нет запрета на использование радар-детекторов, хотя в СМИ то и дело появляются заметки о попытках властей отдельных регионов ввести такие ограничения, как например в Татарстане.
Большая коробочка ловит маленькую коробочку:
DIY
Что сейчас происходит в среде сделай-сам и на хакерских конференциях
Схема для самостоятельной сборки радар-детектора для радиолюбителей (1958 год)
Как запилить свой радар. Подробно
Работа хакера по изготовлению радара из кофейных банок опирается на научную публикацию доктора из MIT, где описана возможность создавать 2д и 3д изображения при помощи радиолокационного синтезирования апертуры
В Массачусетсе даже сделали курс на эту тему
DEFCON 19: Build your own Synthetic Aperture Radar:
За 900 баксов можно купить набор для сборки:
Анбоксинг учебного набора с консервными банками:
Прибор для тестирования антирадаров и лазерных джаммеров
Test your radar detector or laser jammer with this traffic enforcement LIDAR gun simulator
Если вы хотите построить свой лазерный джаммер или свой лазерный радар-детектор, вам пригодится это устройство, которое симулирует работу полицейских лазерных систем обнаружения.
Устройство мимикрирует под одну из 11 систем:
- Jenoptik Laveg
- Jenoptik LaserPatrol
- Kustom ProLite
- Laser Atlanta
- Ultralyte 100/200 LR Revision 1
- Ultralyte 100/200 LR Revision 2
- Ultralyte Non-LR
каждая из которых работает на 904nM, некоторые системы выдают 100 импульсов в секунду, некоторые — 238.
Тестим свой гаджет на уязвимости.
Radar Gun Hacked!
За 25 долларов
При помощи пилы, шайбочек и бутылки:
Делают прибор для тех, кто мечтает стать полицейским:
Нужно больше мощности
Еще одного товарища не устроила мощность предыдущей «игрушки» (10 метров), и он запилил свою рупорную антенну и усилок:
Умелец хочет измерять скорость самолетиков. С мощами он разобрался, а вот следующий шаг — проапгрейдить микросхему, потому что на ней ограничение скорости 100 миль/ч, а ему нужно больше.(источник)
Хак олдскульного полицейского радара
Надыбав на чердаке дедушкин радар, умелец поковырялся с осциллографом и спаял переходник от радара к ноутбуку через аудиовход. И потом успешно обрабатывал сигнал на компе.
Капитан полицейского управления направил жалобу командиру базы морпехов.
Пришедший ответ был выдержан в истинно морпеховском стиле:
«Благодарим вас за ваше письмо. Мы, наконец, можем закрыть папку с этим инцидентом. Вам может быть интересен тот факт, что тактический компьютер Хорнета обнаружил присутствие и начал сопровождение вашего неприятельского радара, почему и послал ответный сигнал подавления, отчего ваш радар и отключился.
Далее, ракета „Воздух-Земля“, являющаяся частью амуниции полностью вооруженного на тот момент самолета, так же автоматически нацелилась на местоположение вашего оборудования.
К счастью, пилот Морской Пехоты, управлявший Хорнетом, правильно оценил ситуацию, и, быстро среагировав на возникший статус тревоги ракетной системы, смог перехватить управление автоматической системой защиты прежде, чем ракета была выпущена для уничтожения местоположения неприятельского радара.
Пилот так же предлагает вам держать закрытым рот, когда вы ругаетесь в его адрес, так как видео-система на этом типе самолетов весьма высокотехнологична. Сержанту же Джонсону, полицейскому, державшему радар, необходимо проконсультироваться у своего дантиста по поводу заднего левого моляра. Похоже, пломба в нем расшатана.
Кроме того, у него сломана застежка на кобуре.
Спасибо за вашу заботу.
Что висит над дорогой?
На улицах наших городов и на магистралях все чаще стали появляться электронные табло, знаки переменной информации, разнообразные датчики и видеокамеры. Светофоры стремительно «умнеют», а каждый уважающий себя город стремится организовать у себя «центр управления дорожным движением». Спрос рождает предложение, и некоторые компании начинают осваивать новое для них направление — автоматизацию дорожного движения.
Проекты в этой области из разряда «повесить оборудование на столбы и попилить бюджет» плавно смещаются в сторону «решить транспортные проблемы города перед выборами», что подразумевает более разумный подход к проектированию и достижение вполне практических и общественно полезных целей. И если раньше эти проекты были исключительно в руках строителей, то теперь к ним стали привлекать системных интеграторов и софтверных разработчиков. Именно по этой причине появилась эта публикация. Кто знает, что вам, коллеги, придется автоматизировать в следующий раз?
Сегодня мы посмотрим на дорожное «железо», устанавливаемое на магистралях.
Как и любая автоматизированная система управления, АСУДД получает информацию «с полей» или от оператора, обрабатывает ее и генерирует управляющие воздействия. Соответственно, можно разделить все, что стоит «в полях» на две группы. Первая группа собирает информацию, а вторая оказывает воздействие на транспортные потоки
Детекторы транспортного потока.
Задача детекторов транспортного потока заключается в сборе следующей информации о потоке:
- интенсивность (количество машин в единицу времени)
- средняя скорость за интервал
- заполненность полосы или дороги (процент занятого автомобилями пространства дороги)
Детекторы транспортного потока оснащаются двумя или тремя датчиками разного типа («двойная» и «тройная» технологии). Так, в «тройных» детекторах микроволновый радар измеряет скорость, ультразвуковой детектор обеспечивает оценку габаритов и классификацию машин по классам, а многоканальный инфракрасный детектор обеспечивает подсчет машин, определение интенсивности и занятости.
Как правило, детектор может контролировать только одну полосу. Поэтому размещают их на опоре по нескольку штук сразу, по числу полос. Соответственно, интенсивности суммируют, а скорости и занятость усредняют.
По трем перечисленным показателям можно определить состояние потока на «сечении», то есть на участке под детекторами. Когда поток машин нарастает, например, в час пик, то интенсивность и скорость сначала растут. Потом скорость немного падает, а потом уже наступает то, что мы называем «пробка». Машины едут медленно и с остановками, интенсивность резко падает, скорость тоже. А занятость, наоборот, резко возрастает.
На следующем графике показана картина с реальных детекторов на четырехполосной магистрали за сутки.
Невооруженным глазом видно, как в вечерний час пик появляется «пробка». В общем-то нехитрая наука. Если сюда добавить анализ статистики за предыдущие периоды, получится полноценная система по сбору и первичной обработке информации о транспортных потоках.
Автоматические дорожные метеостанции (АДМС)
На магистралях иногда можно увидеть высокие мачты, на которых установлена эдакая бочка-«пепелац» (вариант — металлическая коробка), из которой торчат всякие любопытные штуки — флюгеры, антенны и объективы. Это автоматическая метеостанция. Она собирает информацию о погодных условиях и состоянии дорожного покрытия. Например, информацию о наличии на асфальте «черного льда», который на магистрали может привести к очень нехорошим последствиям. Список измеряемых параметров может достигать трех десятков позиций и выглядит весьма утомительно, чтобы его тут приводить.
Метеостанции периодически передают информацию о погодных условиях в виде текстового или XML файла заинтересованным сторонам. Например, в АСУДД. Погодная информация может повлиять на введение определенных скоростных ограничений, а также на запуск специфических управляющих сценариев в зоне «катаклизма»
Видеонаблюдение и автоматический анализ видео
Само видеонаблюдение на дороге нас, как разработчиков софта, мало интересует. Как правило, видеонаблюдение является отдельной подсистемой и не касается управляющего софта АСУДД. А вот то, что к видеопотоку можно подключить аналитический модуль, нам очень интересно. Потому что это дает возможность автоматически фиксировать всевозможные инциденты в области видимости, которые оператор может проглядеть. Например, сейчас существуют системы, которые могут определять ДТП, непредвиденную остановку автомобилей, выпавший груз, пожар и движение против потока. Всю дорогу покрывать этими системами смысла нет, так как это довольно дорогое удовольствие. Но вот в тоннелях или на горных серпантинах, использование этих систем вполне оправданно.
Системы автоматического обнаружения инцидентов состоят из закрепленных над дорогой и правильно «нацеленных» видеокамер и аналитического софта, который в сухом остатке сообщает оператору или системе место и тип зафиксированного инцидента.
Знаки и табло
Управление дорожным движением для автомобилистов выражается в привычной им форме — в виде дорожных знаков, сигналов светофора и всевозможной информации на электронных табло. Иногда используются автоматические шлагбаумы (на парковках, в тоннелях и на платных дорогах). На западе также принято ограничивать въезд на автострады (On-ramp metering).
Знаки и табло переменной информации представляют собой массивы светодиодов с довольно сложной начинкой. Так как они предназначены для работы в уличных условиях, в них предусмотрены режимы обогрева, охлаждения, защиты от конденсата и от обледенения. Они умеют контролировать свое состояние (как и все остальное дорожное оборудование) и сделаны из довольно прочного материала. Вблизи электронный дорожный знак выглядит устрашающе — это эдакий шкаф висотой с человека, светодиоды спрятаны внутрь углублений в прочной решетке. Знак должен быть хорошо видимым на расстоянии и в то же время не должен бликовать на солнце.
Знаки умеют отображать фиксированное количество картинок, в зависимости от моделей. Электронные табло также отличаются разнообразными ограничениями по шрифтам, числу строк и количеству «пикселей» по горизонтали. Некоторые умеют отображать буквы только в отдельных квадратиках, а некоторые предоставляют полную свободу в рамках своего «разрешения». Управлять всем этим помогают дорожные контроллеры.
Дорожные контроллеры
Вот фото типичного дорожного контроллера. Обычно эти бедолаги устанавливаются в уличных условиях в специальных железных шкафах.
Дорожные контроллеры это обычные компьютеры в промышленном исполнении. Как правило, внутри у них трудится «обкоцаный» Linux. По функциональным возможностям они значительно отличаются друг от друга. Экземпляр на фото умеет собирать телеметрическую информацию с детекторов транспортного потока и зажигать знаки и табло на одной опоре. Как видно на фото, у него есть контактный ЖК экранчик, который позволяет наладчику в полевых условиях провести конфигурирование устройства. Часто контроллеры снабжаются интерфейсами для быстрого бекапа и восстановления, что позволяет провести настройки в теплом офисе, а на холодном ветру на опоре только по-быстрому залить информацию в контроллер, если этого нельзя сделать по сети (например, в случае использования GPRS сетей). Некоторые контроллеры могут содержать дополнительные управляющие программы, позволяющие им действовать самостоятельно при обрыве связи с центром.
Интерфейсы и сетевые протоколы контроллеров жестко стандартизированы, вся документация открыта. Тогда как внутренний фирменный софт и управляющие алгоритмы защищаются «лучше форта Нокс».
А как же светофоры?
Исторически сложилось разделение оборудование на «магистральное» и «городское». Мы рассмотрели первую группу. А вот на городское оборудование отведем отдельный пост, так как там свои контроллеры, свои традиции и своя терминология.
В следующий раз мы рассмотрим как работают адаптивные схемы регулирования движения, как светофоры взаимодействуют друг с другом по сети и какие архитектурные решения используются на рынке для управления перекрестками в городах.
Заключение.
Работа над радарами не останавливается думаю в следующей части статьи можно подробнее рассказать про именно автомобильные радары на 24 ГГц и 77 ГГц, сейчас просто покажу их внешний вид, рисунок 17.
Рисунок 17. Внешний вид автомобильных радаров «МАРС–2А1» (правее, ниже)
и «Обзор-77-2» (левее, выше).
Спасибо, что дочитали..
