LFMCW汽车防撞雷达信号处理及硬件实现

发布时间：2017-08-01 06:07

  本文关键词：LFMCW汽车防撞雷达信号处理及硬件实现

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【摘要】：汽车防撞雷达主要用于辅助驾驶领域,其通过为驾驶员提供危险预警,从而有效的降低交通事故的发生率。目前在欧美等发达国家已经研发出较成熟的汽车防撞雷达产品,而国内关于汽车防撞雷达的研究还处于实验室测试阶段。基带信号处理模块是汽车防撞雷达的核心,所以本文对雷达基带信号处理和实现的研究具有非常重要的工程意义。本文设计了一种基于三角波时频调制的LFMCW汽车防撞雷达基带系统硬件平台,文中给出了硬件实物图和外场测试结果。重点研究了基于FPGA+DSP架构的硬件电路设计和基带信号处理的主要算法,其中主要包括:基带信号预处理、恒虚警算法、测角算法等;本论文的主要写作思路如下:1.论述了汽车防撞雷达的应用场景和研究价值,并详细介绍了国内外汽车防撞雷达的研究现状;2.介绍了LFMCW雷达的特性和优点以及其测速、测距、测角的基本原理,接着给出了本文设计的汽车防撞雷达系统总体结构,并结合实际要求对雷达系统的设计参数及各个模块进行了简单介绍,提出了系统的性能要求;3.设计了汽车防撞雷达系统信号处理的硬件平台,该平台是以FPGA+DSP为核心架构的硬件系统,文中对主要模块如:AD采样电路、FPGA配置电路、DSP配置电路、外围通信接口电路等模块的设计方法进行了详细的分析,并给出硬件PCB的设计方法和实物。4.介绍了雷达基带信号处理的基本流程,并对基带中主要的处理算法进行了仿真,主要包括数字下采样、恒虚警处理(CFAR)和测角算法,通过仿真结果比较了几种CFAR算法的检测性能和各自的优缺点。双天线测角算法的仿真结果给出了测角精度与信号信噪比以及不同运动目标之间的多普勒频移间距之间的关系。5.对基带电路板各模块进行板级测试、验证,与射频电路部分进行外场测试,外场测试结果表明:该雷达系统能够完成测距、测速、测角等功能,系统设计基本满足要求。
【关键词】：LFMCW FPGA 模数转换 FFT CFAR
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 汽车防撞雷达系统研究情况12-13
• 1.3 本文的主要贡献13
• 1.4 论文的章节结构安排13-15
• 第二章 LFMCW防撞雷达系统基本原理15-25
• 2.1 LFMCW雷达及其特性15
• 2.2 LFMCW雷达基本原理15-21
• 2.2.1 LFMCW雷达测距测速基本原理15-19
• 2.2.2 相位法测角基本原理19-21
• 2.3 汽车防撞雷达的总体结构21-22
• 2.4 汽车防撞雷达的性能指标22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 汽车防撞雷达信号处理硬件平台设计25-48
• 3.1 数据采集模块设计25-29
• 3.1.1 AD前端运放设计25-26
• 3.1.2 A/D电路设计26-29
• 3.2 时钟管理模块29-30
• 3.3 FPGA及外围接口电路设计30-35
• 3.3.1 FPGA配置电路设计30-33
• 3.3.2 FPGA与DSP接口设计33-34
• 3.3.3 FPGA电源模块设计34-35
• 3.3.4 FPGA端复位电路设计35
• 3.4 DSP及其外设模块设计35-40
• 3.4.1 TMS320DM6437 JTAG接口设计36
• 3.4.2 DDR2存储模块36-37
• 3.4.3 FLASH接口电路设计37-38
• 3.4.4 CAN总线和UART收发器电路设计38-40
• 3.4.4.1 CAN总线接口电路设计38-39
• 3.4.4.2 UART电路设计39-40
• 3.5 DSP电源及复位电路设计40
• 3.6 基带总电源设计40-42
• 3.7 PCB设计与实现42-47
• 3.7.1 Altium Designer简介42
• 3.7.2 PCB设计约束分析42-44
• 3.7.3 PCB布局44
• 3.7.4 PCB布线44-45
• 3.7.5 PCB电磁兼容(EMC)设计45
• 3.7.6 PCB实现45-47
• 3.8 本章小结47-48
• 第四章 LFMCW雷达信号预处理与算法仿真48-70
• 4.1 数字下采样48-57
• 4.1.1 数字下采样处理流程49
• 4.1.2 CIC滤波器设计49-51
• 4.1.3 HB滤波器设计51-54
• 4.1.4 FIR低通滤波器设计54-57
• 4.2 恒虚警（CFAR）检测技术57-67
• 4.2.1 CFAR检测技术的基本原理57-59
• 4.2.2 单元平均恒虚警算法（CA-CFAR）59-62
• 4.2.3 选大恒虚警和选小恒虚警算法（GO、SO-CFAR）62-64
• 4.2.4 有序统计恒虚警算法（OS-CFAR）64-65
• 4.2.5 几种CFAR算法性能比较65-67
• 4.3 测角算法仿真67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 雷达基带硬件测试与外场试验70-79
• 5.1 基带系统硬件测试70-75
• 5.1.1 PCB基本电气性能测试70
• 5.1.2 运放电路测试70-71
• 5.1.3 AD采样电路测试71
• 5.1.4 FPGA及外围电路测试71
• 5.1.5 EMIF接口测试71-73
• 5.1.6 DSP及外围电路测试73-75
• 5.1.7 电源板测试75
• 5.2 外场测试75-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第六章 全文总结与展望79-80
• 6.1 全文总结79
• 6.2 后续工作展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 读硕士学位期间取得的成果84-85

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本文编号：602805