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基于DSP的雷达测速计量系统的研究

作　者: 刘芳
导　师: 何宏
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 雷达测速 多普勒效应 DSP FFT AR模型 BURG算法
分类号: TP368.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本课题来源于天津市社会发展重点基金资助项目(09ZCGYSF00300)“车速安全实时监测系统计量溯源校准标准的研究”。随着我国经济社会的快速发展,各种车辆和高速公路与日俱增,已经成为人们生活中不可缺少的主要交通出行方式,由于超速超载或司机疏忽驾驶带来的道路交通事故也时有发生,这对交管部门的要求越来越高,如何准确检测超速车辆成为交管部门确保交通安全的主要手段。现在常用的车辆测速方法主要有：设置地感线圈、利用激光测距、视频检测车辆三维位置、利用多普勒效应的雷达测速等,目前雷达测速是应用最广泛的。雷达测速是通过获得运动目标的频率偏移信号,并对其进行信号处理,根据多普勒原理测量目标车辆速度。现在使用的雷达测速仪一般采用单片机进行数据信号处理,或者用模拟滤波方式进行设计,测量精度较低而且反应速度较慢。本课题通过研究多普勒原理和数字信号处理(DSP)的各种算法,采用DSP对频率信号进行快速处理,完成雷达测速仪软硬件系统的设计。仿真结果表明本设计可以有效地提高分辨率,达到快速、准确的检测目的。本论文主要工作如下：一、研究车辆测速的几种方法及它们的优、缺点,对雷达测速的基本原理,即多普勒效应进行推导和分析,给出了雷达测速系统的总体设计方案并分析其工作原理。二、硬件系统设计,完成对雷达测速仪基带处理单元的设计,包括A/D转换器的选择,确定DSP芯片及其外围电路的工作频率元器件的选择,硬件连接电路的设计,工作方式设置等。本设计采用TMS320C5402作为信号处理的主芯片,负责算法、滤波和实时信号处理,并辅以Flash程序扩展存储器,保证快速运算,选择AT89S52单片机完成输入输出处理以及对结果显示、串口通信等交互界面的控制,有效减少了数据处理过程中的运算时间。三、系统的软件算法仿真,雷达测速信号的处理一般采用功率谱估计的方法,本文重点研究了经典谱估计的FFT算法和现代谱估计中基于AR模型的BURG算法的原理和步骤,在MATLAB中仿真实现,通过比较各种算法在计算复杂度和分辨率精度上的优缺点,最终选择BURG算法完成信号处理部分。实验和仿真结果证明本文所设计的数字信号处理系统性能良好,达到了设计的要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 课题的背景与研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状与关键技术  10-11
  1.3 本文的主要工作  11-12
第二章 雷达测速系统的工作原理及总体方案设计  12-19
  2.1 车辆测速技术简介  12
  2.2 测速原理  12-13
    2.2.1 固定模式测速原理  13
    2.2.2 移动模式测速原理  13
  2.3 多普勒效应  13-15
    2.3.1 多普勒效应原理  13-14
    2.3.2 雷达发射连续波情况  14-15
  2.4 雷达测速系统总体设计方案  15-16
  2.5 DSP芯片的选择  16-18
    2.5.1 DSP芯片结构  17-18
    2.5.2 TMS320VC5402的主要优点  18
  2.6 本章小结  18-19
第三章 系统硬件设计  19-36
  3.1 DSP系统的设计方法  19-21
  3.2 A/D电路的设计  21-23
    3.2.1 A/D的选择  21
    3.2.2 TLV1571的工作原理  21-23
  3.3 FLASH可编程器件  23-26
    3.3.1 DSP与FLASH的硬件连接  25-26
    3.3.2 DSP与FLASH的软件连接  26
  3.4 DSP电路的设计  26-31
    3.4.1 时钟信号的获取  26-28
    3.4.2 中断  28-29
    3.4.3 HPI-8接口  29-31
  3.5 单片机系统  31-34
  3.6 电源  34-35
  3.7 本章小结  35-36
第四章 系统软件算法仿真  36-52
  4.1 多普勒信号数据处理方法  37-38
  4.2 快速傅里叶变换(FFT)  38-45
    4.2.1 FFT的定义  39-40
    4.2.2 基-2FFT算法  40-41
    4.2.3 FFT算法的运算量  41-42
    4.2.4 FFT的MATLAB实现  42-44
    4.2.5 实验步骤  44-45
  4.3 基于AR模型的Burg算法  45-51
    4.3.1 功率谱估计的参数模型  45-46
    4.3.2 AR模型的功率谱估计的Burg算法  46-47
    4.3.3 仿真结果分析  47-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 总结与展望  52-53
参考文献  53-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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