Общие сведения и характеристика

 

Радар-измеритель скорости по своей сути является радиопередатчиком и радиоприемником, комбинированным в одном устройстве. Все типы радаров, по технологии измерения скорости, разделяют на две группы: микроволновые и лазерные. В основе работы радаров-измерителей скорости лежит принцип, называемый в физике – эффект Доплера. Это означает, что микроволновый радар вычисляет скорость по величине изменения частоты радиоволны отраженной от поверхности движущегося автомобиля. В свою очередь, в основе работы лазерных радаров используется концентрированный световой луч. Лазерный радар измеряет время, затраченное инфракрасным лучём, на прохождение пути до объекта и обратно в исходную точку. В отличие от микроволновых радаров, лазерный радар, не измеряет изменения частоты радиоволны, а посылает большое количество инфракрасных лучей за короткий период времени, что позволяет сделать большее количество замеров, и сравнив их, вычислить скорость движущегося автомобиля. Радары лазерного типа способны сделать несколько сотен замеров дистанции менее чем за ½ долю секунды, что позволяет намного точнее определить скорость автомобиля. Кроме того, ширина инфракрасного луча, намного уже пучка радиоизлучения, что позволяет выбирать цель из движущегося потока автомобилей.

 

Микроволновый радар	Лазерный радар

 

Рисунок 10.1 Микроволновый и лазерный радар

 

Таблица 10.1

Диапазоны рабочих частот радаров - измерителей скорости

 

Диапазон	рабочая частота	радар
X band	10,500 - 10,550GHz	Barjer-2M, Sokol
K band	24,050 - 24,250GHz	Iskra1D, Radis
Продолжение табл.9.1
Ka suprwide band	34,400 - 36,000GHz	Stalker Atr, Stalker Dual Vision, Genesis
Lazer band	905 -/+50nm	Лазерные радары

 

Измерители скорости, которые использует ГИБДД:

 

 

Рисунок 10.2 Барьер 2М

Производитель — объединение, Запорожприбор, Украина.
Работает в так называемом Х-диапазоне (10,525 ГГц + 25 МГц). Позволяет определять скорость только приближающихся машин. Максимальная дальность действия — 500метров. Барьер неплохо бьет по одиночным целям, но создает проблемы при выделении самого быстрого автомобиля в потоке. Работает только от бортовой сети автомобиля и идентифицируется всеми известными радар-детекторами.

 

Рисунок 10.3 Барьер 2-2М

Производитель — Запорожприбор, Украина.

Модернизированный прибор аналогичен Барьеру 2М, но выполнен по моноблочной схеме. Этот измеритель может работать в автономном режиме, питаясь от встроенных аккумуляторов. Из-за низкой надежности широкого распространения не получил.

 

 

Рисунок 10.4 Сокол

 

Производитель — АОЗТ Ольвия, Санкт-Петербург.
Небольшой, полностью автономный радиолокационный измеритель скорости, работающий в Х-диапазоне. Может определять скорость только встречных автомобилей. Хорошо работает как с единичными, так и с движущимися в потоке целями с расстояния 300—500 метров. Идентифицируется любыми радар-детекторами. Из-за высокой надежности, удобства в обращении и относительно небольшой цены ($390) активно закупается подразделениями ГИБДД.

 

Рисунок 10.5 ЛИСД-2

Производители — НПП Полюс и ОАО Красногорский завод, Россия.
Прибор выполнен в виде бинокля с оптическим прицелом. Его основное преимущество — использование узконаправленного светового излучения, позволяющего выделить в плотном потоке машин любое транспортное средство и определить его скорость. Узконаправленный лазерный луч могут распознать далеко не все радар-детекторы. Однако, даже если сигнал ЛИСДа обнаружен, реагировать поздно — скорость уже зафиксирована. Прибор ЛИСД работает только с неподвижной точки, но определяет скоростные параметры как приближающихся, так и удаляющихся целей. Дальность действия — 1000метров, диапазон фиксируемых скоростей — до 350км/ч. Несколько таких измерителей используются сейчас сотрудниками московского мотовзвода ГИБДД.

 

 

Рисунок 10.6 Сокол-Виза

Производитель — АОЗТ Ольвия, Санкт-Петербург.
Мобильный комплекс замера скорости и видеофиксации представляет собой радар Сокол, работающий в паре с цифровой видеокамерой. Система работает в стационарном режиме (устанавливается на неподвижный патрульный автомобиль) и может измерять скорость только встречных машин. Дальность действия радара — 500метров, однако эффективность видеофиксации ограничена возможностями видеокамеры. Фактически, максимальная дальность составляет 50—100 метров. Сокол-Виза позволяет фиксировать на видео не только нарушение скоростного режима, но и проезд на красный свет или выезд на встречную полосу — опротестовать обвинение с такой доказательной базой в суде вряд ли удастся.

 

Рисунок 10.7 ПКС-4

 

Производитель — СКБ Тантал, Россия.
Такими постами контроля скорости (ПКС) оборудованы практически все стационарные пикеты на Московской кольцевой автодороге и выездах из столицы. Комплекс состоит из видеокамеры, совмещенной с радаром, работающим на частотах К-диапазона (24,15 ГГц + 100 МГц) в импульсном режиме. Радар-детектором не определяется. Прибор ПКС-4 может анализировать скорость машин только в одном ряду. Вся информация (фотография машины, значение скорости) выводится на монитор компьютера, может распечатываться и служит неоспоримым доказательством нарушения.

 

Рисунок 10.8 ВКС

 

Производитель — НПП Синтез, Санкт-Петербург.
В основе видеокомпьютерной системы (ВКС) — американский радар Python, который работает в К-диапазоне. Комплекс базируется на патрульном автомобиле и позволяет фиксировать скорость машин, движущихся в попутном и встречном направлениях, причем сам патрульный автомобиль может двигаться. При динамическом замере радар определяет скорость машины-носителя по неподвижным предметам (столбам, деревьям) и сразу же вычисляет скорость цели. На экране монитора появляется картинка с изображением машины-нарушителя. Комплекс ВКС позволяет фиксировать проезд на красный свет, выезд на встречную полосу и документировать место ДТП.

 

 

Рисунок 10.9 Беркут

Производитель — фирма ВАИС, Россия.
Основная задача этого комплекса — идентификация регистрационных знаков автомобилей и проверка их по базам данных Угон, Розыск, Техосмотр

 

Рисунок 10.10 Искра-1

 

Производитель — НПО Симикон, Санкт-Петербург.
Недорогой и очень эффективный радар, работающий в К-диапазоне. Определяя скорость автомобиля по импульсному принципу (параметры движения цели Искра вычисляет за 0,2 секунды), этот прибор легко обманывает практически все супергетеродинные радар-детекторы зарубежного производства: они воспринимают короткую посылку Искры как импульсную помеху. С помощью этого измерителя можно определять скорость, как встречных, так и удаляющихся машин. Кроме того, Искра может держать в памяти скорости двух автомобилей, расстояние до них и время нарушения. Универсальный доплеровский радар ИСКРА-1 выпускается в различных конструктивных и функциональных модификациях. Все модели обеспечивают выбор самой быстрой цели из потока, совместимы с видеофиксатором и персональным компьютером.

1. "ИСКРА-1"В - прибор в основном предназначен для работы в стационарном режиме на дорогах с невысокой интенсивностью движения, преимущественно в одном направлении (прибор без селекции направления целей). Наиболее экономичная модель.

2. "ИСКРА-1" - прибор предназначен для работы в стационарном режиме на дорогах со средней и высокой интенсивностью движения. Позволяет выбирать направление фиксируемых целей;

3. "ИСКРА-1"Д - полнофункциональная модель радара, способная решать любые задачи по контролю скоростного режима. Прибор применяется как для работы в движении по встречным и попутным целям в направлении движения патрульной автомашины или в обратном направлении, так и в обычном стационарном режиме с селекцией направления целей.

Основные функции и возможности радара "ИСКРА-1"

1. Селекция целей по направлению движения

2. Радар можно переключить на измерение скоростей только попутных, или только встречных целей, либо контролировать все направления. Например, интересным является режим "попутные цели" при работе через заднее стекло, когда производится измерение целей, двигающихся в том же направлении, что и патрульный автомобиль.

1. Измерение скорости самой быстрой цели из потока

4. Радар безошибочно выбирает самую быструю цель при разнице скоростей от 4 км/час и отношении отражающей поверхности цели к суммарной отражающей поверхности группы 1/100. Это значит, что нарушителю, превысившему скоростной режим не спрятаться в потоке за крупногабаритным автотранспортом.

1. Регулировка дальности измерений

Имеется три уровня чувствительности: минимальный, средний и максимальный. При установке максимальной чувствительности дальность обнаружения в стационарном режиме достигает 700 - 800 м. Регулировка дальности позволяет настроить прибор для работы в различных условиях, с учетом расположения дорожных знаков, интенсивности движения и погодных условий.

- Ручной или автоматический режим работы из стационарного положения

Измерение скорости из стационарного положения наиболее распространенный режим работы. С прибором можно работать в автономном режиме без патрульного автомобиля.

- Контроль скорости из движущегося автомобиля

Более подробная информация о приемах работы в процессе движения>

- Установка порога скорости

В исходном состоянии пороговое значение скорости 72 км/час. При необходимости порог можно изменить с дискретностью 1 км/час.

- Индикация СВЧ-излучения, состояния источника питания, выбранных режимов работы

При смене режимов работы, разрядки батарей на табло появляются соответствующие символы.

- Память для хранения данных о двух нарушителях

Две независимые ячейки памяти позволяют одновременно работать с двумя нарушителями. В каждой ячейке хранится информация о скорости и времени, прошедшем с момента фиксации нарушения. Время хранения данных в памяти - 10 минут.

Отличительные особенности и преимущества

- Литий-ионные аккумуляторные батареи

Встроенные в рукоятку аккумуляторные батареи обеспечивают в автономном режиме не менее 16 часов непрерывной работы. Зарядное устройство также вмонтировано в корпус радара, что позволяет произвести подзарядку аккумуляторов от бортовой сети не прерывая работы.

- Энергосберегающие функции

Энергопотребление прибора управляется процессором. При длительном простое прибор переходит в "спящий" режим.

- Высокая точность и быстродействие

Применяемый в радарах ИСКРА-1 импульсный способ измерения обеспечивает высокое быстродействие. Менее, чем за одну секунду радар успевает совершить многократное измерение как собственной скорости, так и скорости цели, исключить возможные ошибки и погрешности, статистически обработать результаты измерений, и вывести их на табло или компьютер.

- Рабочая частота 24.15 ГГц (К-диапазон)

Данный частотный диапазон обеспечивает лучшую селективность целей за счет относительно узкой диаграммы направленности при небольших размерах антенны, повышает надежность работы при неблагоприятных погодных условиях (дождь, снег и т.д.)

- Модульная конструкция

Радар собирается из нескольких отдельных блоков аналогично современному компьютеру. Такой подход обеспечивает высокую надежность каждого блока и всего прибора в целом. В сервисных центрах всегда имеется запас сменных блоков, что существенно сокращает сроки обслуживания и ремонта.

- Обрезиненный металлический корпус

Защитное резиновое покрытие и металлический корпус обеспечивают высокую механическую прочность радара, влагостойкость и пылезащищенность, защищает прибор при падении.

- Яркое информативное табло

Табло выполнено на ярких двухцветных индикаторах. Данные о скорости и показания таймера поочередно автоматически выводятся на табло. Второстепенная информация выводится по дополнительному запросу, что облегчает считывание данных и исключает ошибки.

 

Эффект Доплера

 

Пражский профессор Христиан Доплер(1803 – 1853) в 1842г. опубликовал статью «Об окрашенном свете двойных звезд и некоторых других небесных светил», где впервые рассмотрел вопрос об изменении частоты излучения света в зависимости от движения его источника или приемника. Предсказанный им эффект относится к колебаниям любой природы, так что его механизм действия можно проиллюстрировать на примере расходящихся кругов по поверхности воды от периодически погружаемого в воду поплавка i. Если поплавок i покоится, то на водной глади образуется ряд вложенных колец различного диаметра, имеющих общий центр (рис. 10.11а); если поплавок i равномерно и прямолинейно перемещается, продолжая совершать колебания, то центры окружностей сместятся вдоль оси x (рис. 10.11 б).

 

Рисунок 10.11 Эффект Доплера

источник колебаний i покоится, приемник A движется со скоростью v ₁ по направлению к источнику (а); приемник A покоится, источник i движется со скоростью v ₂ по направлению к приемнику (б). В обоих случаях будет наблюдаться изменение длины волны λ.

 

Обозначим параметры собственных колебаний поплавка следующими буквами: f – частота колебаний, T – период, λ – длина волны, а через c – скорость распространения волны по поверхности воды. Тогда для неподвижного источника и покоящегося наблюдателя будут справедливы следующие соотношения: λ = cT, λ = c/f, T = 1/ f.

Теперь вообразите, что поплавок i никуда не перемещается, а вы в роли наблюдателя (или приемника A) плывете на лодке со скоростью v ₁< c вдоль оси x по направлению к источнику колебаний i (рис. 9.1 а). Понятно, что длина волны λ для вас уменьшится и станет равной λ₁. Так как вы плывете навстречу волне, набегающей на вас, то относительная скорость окажется равной сумме скоростей: c + v ₁. Очевидно, что длина волны λ₁ во столько раз меньше длины волны λ, во сколько раз c меньше c + v ₁, т.е.

, (10.1)

, (10.2)

. (10.3)

Период колебаний T для вас также сократится и будет равным T ₁, а частота f, напротив, увеличится и станет равной f ₁:

, (10.4)

, (10.5)

 

. (10.6)

 

Если лодка останется неподвижной относительно водной поверхности, а источник колебаний i начнет перемещаться со скоростью v ₂ < c по направлению к приемнику A, как указано на рис. 9.11 б, то воспринимаемая длина волны λ₂ также уменьшится, но уже в иной пропорции. Так как поплавок движется в ту же самую сторону, что и волновой фронт, их относительная скорость будет равна разности двух скоростей: c – v ₂. Длина λ₂ во столько раз меньше длины λ во сколько раз c – v ₂ меньше c; аналогично в отношении периода T ₂ и частоты f ₂:

 

, (10.7)

 

, (10.8)

 

, (10.9)

 

, (10.10)

. (10.11)

Важно подчеркнуть, что сокращение длины волны и периода колебаний при движущемся наблюдателе и покоящимся, источнике происходит за счет сложения скоростей c + v ₁, а при движущемся источнике и покоящемся наблюдателе это сокращение происходит уже по другому закону – за счет вычитания скоростей: c – v ₂. Таким образом, благодаря эффекту Доплера принцип относительности движения источника и приемника волн нарушается: по измеренным параметрам волнового процесса всегда можно определить, что относительно чего движется – либо источник движется относительно приемника, либо приемник движется относительно источника, другими словами, движение источника и приемника носит абсолютный характер.

Если в рассмотренных двух случаях направления скоростей v ₁ и v ₂ изменить на противоположные, то в обоих случаях будет наблюдаться увеличение длины волны и периода колебаний, которое будет происходить тоже по различным законам. В табл. 10.2, помимо четырех типов раздельного движения источника и приемника колебаний, указаны еще четыре случая их совместного перемещения. Две последние формулы свидетельствуют: когда источник и приемник колебаний движутся в одном направлении с одинаковой скоростью, приемник будет регистрировать ту же самую длину волны, период и частоту колебаний, что и при покоящихся источнике и приемнике. Следовательно, такие приборы, как интерферометр Майкельсона, в котором источник света и приемник (в качестве приемника могут выступать зеркала и экраны детекторов, где получают интерференционные полосы) перемещаются совместно, не пригодны для регистрации своего движения относительно светоносной среды (если предположить, что таковая имеется); все волновые процессы, включая интерференционную картину, в таких приборах будут происходить так, как будто бы прибор неподвижен.

 

Таблица 10.2

 

Состояния приемника A и источника i	Принимаемая длина волны λ'	Принимаемая частота f '
A и i сближаются: A движется, i покоится
A и i сближаются: A покоится, i движется
A и i удаляются: A движется, i покоится
A и i удаляются: A покоится, i движется
A и i оба движутся навстречу друг ругу на сближение
A и i оба движутся в противоположные стороны на удаление
A и i оба движутся в положительном направлении оси x
A и i оба движутся в отрицательном направлении оси x

 

Формулы, вошедшие в табл. 10.2, были получены Доплером, но все они носят частныйхарактер, так как справедливы только для случая, когда приемник A и источник i находятся на оси x и их векторы скорости v ₁ и v ₂ направлены строго по горизонтали. Поэтому современный радар – системы не имеют возможности измерении скорости при движении источника и приемника в разных направлениях.

Выше перечисленные формулы справедливы; сейчас ставится задача по получению общих формул для длины волны λ' и частоты колебаний f в общем виде. Данную задачу разобьем на две подзадачи, рассматривающие отдельно движение наблюдателя A при покоящемся источнике i (рис. 10.12 а), и движение источника i при покоящемся наблюдателе A (рис. 10.12 б). На рис. 10.12 а вычерчен треугольник 0AA', в котором сторону λ выразим через две другие стороны λ' и β₁λ', а также через прилегающие к λ косинусы углов π – θ₁ и θ₁ – φ₁, получим:

λ = λ'cos(θ₁ – φ₁) + β₁λ'cos(π – θ₁) или

. (10.12)

Из рис. 10.12 б треугольник 0iA аналогичным образом находим формулу для измененной длины волны λ' для случая движения источника i при покоящемся наблюдателе A:

 

λ' = λcos(θ₂ – φ₂) + β₂λcos(π – θ₂) или

λ' = λ[cos(θ₂ – φ₂) – β₂cos θ₂]. (10.2)

 

 

Рисунок 10.12. Геометрическая схема расположения источника

i приемник A и волнового фронта, отвечающего длине волны λ. Имеем два случая: источник колебаний i покоится в точке 0, приемник A движется с относительной скоростью β₁ по направлению к точке A ' (а); приемник A покоится, источник i движется по горизонтали с относительной скоростью β₂ (б).