车联网背景下的雷达通信一体化感知方法研究与平台实现
发布时间：2021-01-11 05:05
随着国民经济的飞速发展,车辆已成为现代城市的重要组成部分,但是随之而来的交通拥堵、事故以及环境污染等现象也成为了当今社会令人瞩目的问题。利用信息技术对车辆驾驶进行智能辅助,能够降低交通事故发生概率、提高道路利用效率,因此得到了业界广泛的关注。对车辆自身状态信息和周围环境信息进行实时、准确地获取是实施驾驶辅助、乃至真正“无人驾驶”的重要前提。获取高精度情境信息不但需要具备精准的探测能力,也需要能够与基站、协作车辆进行数据交互和融合。这对智能车辆的感知、通信能力提出了更高的要求。与此同时,车载传感器数目增多,会导致系统体积、能耗增加、电磁干扰严重等诸多问题。而雷达通信一体化（Radar-Communication Integration,Rad Com）提出将雷达和通信功能通过同一套系统完成,能够降低硬件成本,节约频谱资源,是当今研究的热点课题。将Rad Com技术应用于感知智能驾驶所需的情境信息,能够实现车载设备的通用性、小型化和多功能化,具有重要的理论意义和实际应用前景。本文以车辆智能驾驶的情境信息获取为目标,以通用软件无线电设备（Universal Software Radio Pe...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
软件无线电的理想结构
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-件定义，图2-2为软件定义无线电的系统结构图，其中，在射频前端部分，完成了发射链路的末端功率放大、接收链路的低噪声放大、射频端的调制、解调和滤波。数模/模数转换器用于转换数字域和模拟域中的信号。在基带部分，处理器通过该模块来控制射频前端的电路部分和数模/模数转换器。在射频前端部分中，系统使用可编程逻辑阵列或数字集成器件来完成采样率转换，在接收时提取模数转换器中的采样数据，降低采样率，以匹配可编程逻辑阵列的基带信号处理速度。在传输时，对可编程逻辑阵列的低速采样数据采取插值处理，以提高采样率，确保数模转换转换不失真。而在之后，数字域的信号处理、各物理模块的接口管理、时钟同步等其他功能，均是通过在上位机上进行软件层面的设计实现的。图2-2软件定义无线电的基本结构软件无线电中不同体制的系统以及不同应用背景的系统之间为能够相互兼容，体制内系统各部分的技术都亟待更新。针对系统的几个部分，主要包括以下4项关键技术[37,38]：（1）宽带智能天线技术宽带智能天线技术从应用领域和角色上讲，在软件无线电系统和传统空口通信系统中作用是相同的，但是软件无线电在硬件上必须是通用的，也就是说，同一硬件系统能够达成数项成果，故而要求射频天线可以在多个频段中使用。软件无线电系统中的智能天线要求和技术指标更加严格，因为它们必须能够接收并覆盖无线通信的整个频率范围。（2）高速AD/DA转换技术要使信号尽可能靠近天线的地方进行数字化，即使需要ADC/DAC的高频工作下运行，ADC/DAC仍然表现良好。在接收状态下，A/D转换器的性能接收器的处理能力产生直接的影响，例如可接收信号的频率，带宽和动态范围等；而在发射状态下，DA转换器发送此类非线性失真?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-图2-3USRP-2母板原理框图(1)数模/模数转换器芯片为了能够处理更大带宽、更高载频、更高动态范围信号，USRP-2内置了3个模数转换器与3个数模转换器。单个ADC的采样精度为14bit，速度为200MS/s；DAC采样精度为18bit，速度为800MS/s。在实际使用中，如果使用USRP-2对复波形进行采样，最多能允许单通道传输；如果实波形进行采样，则可允许双通道传输。(2)可编程逻辑阵列采用Spartan-4BDSPFPGAXT3D3400AFPGA芯片，其职责主要有三个，一是完成通常的数字信号处理，如数字变频、内插和信号抽取都是在FPGA中实现的；二是FPGA与母板上的数模/模数转模块、以太网控制器相连，调控各部分之间的数据交换（DataRateConversion）；三是在某些需要高通信速率的场景，可以用FPGA代替上位机，以便加快传输速率。此外，USRP-2的固件存储在母板的ROM中，当电源打开时读取ROM信息，并且可以通过上位机进行编程。(3)以太网接口一代通用软件无线电设备通过UniversalSerialBus2.0协议与PC相连，USRP-2通过千兆级以太网接口或更高性能的PCIexpressx16插槽来传输数据。USRP-2母板可支持一个收发一体的子板接入或同时接入一个TX子板和一个RX子板。USRP-2内置两个射频子板接口，冷插拔环境下接入射频子板，PC通过射频子板内置芯片的可编程只读存储器进行识别。射频子板的类型很多，具体的频段、带宽等指标有所不同。基本接收子板和发送子板如BRX与BTX系列，收发一体的子板如SBX-400和性能更加强大的UBX-160。用户可依自身工程需要选择合适的子板，配合相应的母版和信号接收天线，以完成基带信号到射频信号的收发。本文中实验使用的射频子板为UBX-160，其规格及技术指标如表2-1所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究[J]. 娄昊,张群,罗迎,李宏伟,顾福飞. 系统工程与电子技术. 2016(09)
[2]雷达通信一体化系统中低复杂度PAPR抑制算法研究[J]. 陈康润,刘洋,张伟. 计算机工程. 2016(06)
[3]OFDM新体制雷达研究现状与发展趋势[J]. 霍凯,赵晶晶. 电子与信息学报. 2015(11)
[4]车联网综述(英文)[J]. 杨放春,王尚广,李静林,刘志晗,孙其博. 中国通信. 2014(10)
[5]交通物联网的发展现状及趋势研究[J]. 蒋新华,陈宇,朱铨,邹复民. 计算机应用研究. 2013(08)
[6]雷达—通信一体化研究[J]. 李廷军,任建存,赵元立,张金华. 现代雷达. 2001(02)
本文编号：2970145
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
软件无线电的理想结构
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-件定义，图2-2为软件定义无线电的系统结构图，其中，在射频前端部分，完成了发射链路的末端功率放大、接收链路的低噪声放大、射频端的调制、解调和滤波。数模/模数转换器用于转换数字域和模拟域中的信号。在基带部分，处理器通过该模块来控制射频前端的电路部分和数模/模数转换器。在射频前端部分中，系统使用可编程逻辑阵列或数字集成器件来完成采样率转换，在接收时提取模数转换器中的采样数据，降低采样率，以匹配可编程逻辑阵列的基带信号处理速度。在传输时，对可编程逻辑阵列的低速采样数据采取插值处理，以提高采样率，确保数模转换转换不失真。而在之后，数字域的信号处理、各物理模块的接口管理、时钟同步等其他功能，均是通过在上位机上进行软件层面的设计实现的。图2-2软件定义无线电的基本结构软件无线电中不同体制的系统以及不同应用背景的系统之间为能够相互兼容，体制内系统各部分的技术都亟待更新。针对系统的几个部分，主要包括以下4项关键技术[37,38]：（1）宽带智能天线技术宽带智能天线技术从应用领域和角色上讲，在软件无线电系统和传统空口通信系统中作用是相同的，但是软件无线电在硬件上必须是通用的，也就是说，同一硬件系统能够达成数项成果，故而要求射频天线可以在多个频段中使用。软件无线电系统中的智能天线要求和技术指标更加严格，因为它们必须能够接收并覆盖无线通信的整个频率范围。（2）高速AD/DA转换技术要使信号尽可能靠近天线的地方进行数字化，即使需要ADC/DAC的高频工作下运行，ADC/DAC仍然表现良好。在接收状态下，A/D转换器的性能接收器的处理能力产生直接的影响，例如可接收信号的频率，带宽和动态范围等；而在发射状态下，DA转换器发送此类非线性失真?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-图2-3USRP-2母板原理框图(1)数模/模数转换器芯片为了能够处理更大带宽、更高载频、更高动态范围信号，USRP-2内置了3个模数转换器与3个数模转换器。单个ADC的采样精度为14bit，速度为200MS/s；DAC采样精度为18bit，速度为800MS/s。在实际使用中，如果使用USRP-2对复波形进行采样，最多能允许单通道传输；如果实波形进行采样，则可允许双通道传输。(2)可编程逻辑阵列采用Spartan-4BDSPFPGAXT3D3400AFPGA芯片，其职责主要有三个，一是完成通常的数字信号处理，如数字变频、内插和信号抽取都是在FPGA中实现的；二是FPGA与母板上的数模/模数转模块、以太网控制器相连，调控各部分之间的数据交换（DataRateConversion）；三是在某些需要高通信速率的场景，可以用FPGA代替上位机，以便加快传输速率。此外，USRP-2的固件存储在母板的ROM中，当电源打开时读取ROM信息，并且可以通过上位机进行编程。(3)以太网接口一代通用软件无线电设备通过UniversalSerialBus2.0协议与PC相连，USRP-2通过千兆级以太网接口或更高性能的PCIexpressx16插槽来传输数据。USRP-2母板可支持一个收发一体的子板接入或同时接入一个TX子板和一个RX子板。USRP-2内置两个射频子板接口，冷插拔环境下接入射频子板，PC通过射频子板内置芯片的可编程只读存储器进行识别。射频子板的类型很多，具体的频段、带宽等指标有所不同。基本接收子板和发送子板如BRX与BTX系列，收发一体的子板如SBX-400和性能更加强大的UBX-160。用户可依自身工程需要选择合适的子板，配合相应的母版和信号接收天线，以完成基带信号到射频信号的收发。本文中实验使用的射频子板为UBX-160，其规格及技术指标如表2-1所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究[J]. 娄昊,张群,罗迎,李宏伟,顾福飞. 系统工程与电子技术. 2016(09)
[2]雷达通信一体化系统中低复杂度PAPR抑制算法研究[J]. 陈康润,刘洋,张伟. 计算机工程. 2016(06)
[3]OFDM新体制雷达研究现状与发展趋势[J]. 霍凯,赵晶晶. 电子与信息学报. 2015(11)
[4]车联网综述(英文)[J]. 杨放春,王尚广,李静林,刘志晗,孙其博. 中国通信. 2014(10)
[5]交通物联网的发展现状及趋势研究[J]. 蒋新华,陈宇,朱铨,邹复民. 计算机应用研究. 2013(08)
[6]雷达—通信一体化研究[J]. 李廷军,任建存,赵元立,张金华. 现代雷达. 2001(02)
本文编号：2970145
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