交通信息采集雷达的研究与实现

发布时间：2017-10-10 05:23

  本文关键词：交通信息采集雷达的研究与实现

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【摘要】：随着我国私家车数量的持续增长,城市交通问题日益严重。发展智能交通系统成为改善城市交通问题的有效途径。交通雷达作为智能交通系统的主要组成部分,具有全天时、全天候、高精度等特点,因此交通雷达受到了广泛关注。但国内现阶段对于交通雷达的研究相对滞后,其中一个原因就是缺少一种具有多功能的交通信息采集雷达。本文旨在研究一种适用于高速公路的交通信息采集雷达,该雷达能同时对辐射范围内每个车辆目标的速度、距离、角度等基本信息进行测量,并能将测量数据上传上位机来完成车辆目标轨迹跟踪与航迹管理。本文的主要工作如下:(1)分别研究了LFMCW、FSK、MFSK与FSK-FMCW体制测速、测距的原理并分析了它们对多目标的分辨能力。然后分别对各个体制进行建模、仿真。在分析与比较各种体制的优缺点之后,最终选用FSK体制来实现本系统。此后讨论了雷达测角方法,并对双天线相位差测角的最大不模糊角度、测角精度进行分析。最后研究了适用于多目标检测的OS-CFAR检测算法,并对其进行仿真验证。(2)确定系统参数并完成系统硬件的设计。根据系统的性能指标对交通雷达系统参数进行分析与确定。根据系统采用FSK体制的需求对射频前端进行选型。为实现对前端的四路中频回波信号进行并行采集并实时处理,采用DSP+FPGA的硬件结构。然后采用模块化设计方法,完成滤波放大模块、核心处理器模块、数据采集模块、系统电源模块的设计。(3)为了实现系统的软件功能,首先确定了系统程序的流程图。然后分别完成FPGA数据采集模块和DSP信号处理模块的程序设计,其中包含了外部设备的逻辑控制与数字信号处理算法的实现。最终在硬件系统上实现目标检测与目标信息获取的功能。(4)为提高在多目标环境中的检测能力,研究了杂波分布特性,设计了数字滤波器来抑制杂波。研究了I/Q通道幅度相位误差的校正方法来抑制镜频干扰。采用链表结构实现了OS-CFAR检测算法,提高了系统的运行效率。(5)完成了在实际高速场景下的测试。测试结果表明本文研制的雷达可以准确地检测出车辆目标的速度、位置信息。然后根据实时数据的时频分析图,提出一种检测车流量和判断车型的新方法。
【关键词】：交通信息采集 FSK雷达 OS-CFAR 实时数据 DSP
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题背景与研究意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第二章 交通雷达信号体制研究19-36
• 2.1 LFMCW体制雷达19-24
• 2.1.1 LFMCW体制雷达的原理19-22
• 2.1.2 LFMCW体制雷达的仿真及分析22-24
• 2.2 FSK体制雷达24-28
• 2.2.1 FSK体制雷达的原理24-26
• 2.2.2 FSK体制雷达的仿真与分析26-28
• 2.3 MFSK体制雷达28-31
• 2.3.1 MFSK体制雷达的原理28-30
• 2.3.2 MFSK体制雷达仿真及分析30-31
• 2.4 FSK-FMCW雷达波形31-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 雷达测角与目标检测算法研究36-45
• 3.1 目标角度的测量36-42
• 3.1.1 雷达测角方法概述36-38
• 3.1.2 相位法测角算法研究38-40
• 3.1.3 相位法测角精度的分析40-42
• 3.2 目标检测42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 FSK体制雷达方案设计与系统硬件设计45-60
• 4.1 系统指标和参数分析45-47
• 4.1.1 天线频带的选择45
• 4.1.2 测距范围与发射频率带宽设计45
• 4.1.3 雷达动态范围计算45-46
• 4.1.4 系统A/D转换器的性能需求46-47
• 4.2 系统硬件结构设计47-48
• 4.3 射频前端的选型48-50
• 4.4 滤波放大电路的设计与实现50-52
• 4.4.1 设计指标50
• 4.4.2 设计与仿真50-52
• 4.4.3 测试结果52
• 4.5 数据采集模块的设计与分析52-54
• 4.6 处理模块的选型与设计54-55
• 4.7 电源模块设计55-59
• 4.7.1 DC/DC电源的设计56-58
• 4.7.2 LDO电源的设计58-59
• 4.8 本章小结59-60
• 第五章 FSK体制雷达系统软件的实现60-85
• 5.1 系统软件总体设计60-61
• 5.2 数据采集模块软件的设计与实现61-66
• 5.2.1 AD采样的程序与数据缓存62-63
• 5.2.2 FPGA与DSP的通讯63-65
• 5.2.3 AD采样模块的测试65-66
• 5.3 FFT模块66-70
• 5.3.1 FFT的理论分析67-68
• 5.3.2 栅栏效应与频谱泄露68-69
• 5.3.3 FFT在DSP上的实现69-70
• 5.4 目标检测算法实现70-78
• 5.4.1 OS-CFAR算法的实现70-73
• 5.4.2 杂波测试分析73-75
• 5.4.3 I/Q通道不正交的影响75-78
• 5.5 目标信息的测量方法与实现78-84
• 5.5.1 目标速度、距离、角度的测量方法的实现78-80
• 5.5.2 车流量测量与车型判别方法的研究80-84
• 5.6 本章小结84-85
• 第六章 系统测试及分析85-91
• 6.1 验证性测试85-86
• 6.2 实际场景的测试86-89
• 6.3 误差测试89-90
• 6.3.1 测速误差89-90
• 6.3.2 测距误差90
• 6.4 本章小结90-91
• 第七章 结束语91-93
• 7.1 总结91-92
• 7.2 展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文98-99
• 附录99

【参考文献】

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本文编号：1004583