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24GHz汽车防撞雷达中频与基带信号处理研究

作　者: 迪利敏
导　师: 史治国；陈抗生
学　校: 浙江大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: LFMCW雷达信号处理 FPGA 变频算法
分类号: TN958
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来毫米波雷达成为国际上汽车防撞雷达的主流技术。本文针对24GHz线性调频连续波汽车防撞雷达信号处理问题,从雷达后端电路系统设计、信号处理算法改进和信号处理硬件实现三方面进行了较为深入的研究和实践。论文首先完成了24GHz汽车防撞雷达系统后端电路设计,基于FMCW毫米波雷达原理、雷达前端的参数指标设计了后端中频与基带信号处理电路。因为中频信号处理电路的性能好坏直接影响着基带信号处理的效果,所以论文通过ADS仿真,反复实验来选取中频信号处理电路中各器件的最佳参数值。基带信号处理电路包括DAC、ADC、增益控制、FPGA、液晶显示等模块,主要完成对外围模块的控制及算法硬件实现。论文根据现有雷达测距测速算法及实验初步效果,提出了三角波变频算法及频谱配对算法硬件实现。基带信号处理硬件实现主要包括多频三角波生成模块、分段增益设置、FFT-谱峰检测-频谱配对算法实现等三部分,通过三角波变频算法提高了雷达测距精度,测距范围从5米至100米所对应的测距误差为0.15米至0.7米,频谱配对算法硬件实现将会在实验室今后工作中继续完善。论文最后分析了产生测距误差的主要原因,为进一步性能优化提供了可靠的实践基础。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 论文的研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  11-12
    1.2.1 国内外研究现状  11-12
    1.2.2 汽车防撞雷达发展趋势  12
  1.3 雷达基本原理  12-17
    1.3.1 雷达分类  12-13
    1.3.2 连续波雷达原理  13-14
    1.3.3 线性调频连续波(LFMCW)雷达原理  14-17
  1.4 本文的主要工作  17-18
2 系统整体电路设计  18-34
  2.1 引言  18
  2.2 系统整体方案  18-19
  2.3 24GHz射频前端  19-20
  2.4 基带信号处理电路  20-26
    2.4.1 三角波电压调频电路  21-22
    2.4.2 模数转换模块  22-23
    2.4.3 FPGA电路原理设计  23-24
    2.4.4 下载存储电路  24-25
    2.4.5 液晶显示(LCD)电路  25-26
  2.5 系统电源设计方案  26-33
    2.5.1 低噪成(LNA)电源设计  27-29
    2.5.2 FPGA电源设计  29-31
    2.5.3 其它单电源供电  31-33
  2.6 PCB版图设计  33
  2.7 本章小结  33-34
3 中频信号处理电路  34-50
  3.1 引言  34
  3.2 中频电路原理  34-37
    3.2.1 中频电路基本原理  34-36
    3.2.2 中频信号处理电路总体结构及参数指标  36-37
  3.3 固定放大电路  37-43
    3.3.1 高通滤波器  37-41
    3.3.2 低噪声放大器电路设计  41-43
  3.4 可调放大电路  43-49
    3.4.1 可变增益放大电路  43-46
    3.4.2 低通滤波器  46-49
    3.4.3 增益控制、显示电路  49
  3.5 本章小结  49-50
4 基带信号处理硬件实现  50-65
  4.1 引言  50
  4.2 雷达测距测速算法  50-54
    4.2.1 三角波调频雷达测距测速算法  50
    4.2.2 三角波变频算法  50-53
    4.2.3 频谱配对算法  53
    4.2.4 中频谱峰检测  53-54
  4.3 硬件实现  54-64
    4.3.1 调频模块  55-58
      4.3.1.1 VCO线性校正  55-56
      4.3.1.2 三角波电压产生原理  56-57
      4.3.1.3 三角波代码编写  57-58
    4.3.2 中频增益模块  58-59
      4.3.2.1 可变增益模块介绍  58
      4.3.2.2 增益控制代码编写  58-59
    4.3.3 FPGA与ADC通信模块  59-60
    4.3.4 基带信号定理  60-63
      4.3.4.1 FFT运算  60-62
      4.3.4.2 中频、距离及速度信息提取模块  62-63
      4.3.4.3 代码编写  63
    4.3.5 液晶显示模块  63-64
      4.3.5.1 液晶屏介绍  63-64
      4.3.5.2 LCD代码编写  64
  4.4 本章小结  64-65
5 系统整体测试及实验分析  65-76
  5.1 引言  65
  5.2 实验测试平台  65-66
  5.3 中频分段增益防止过饱和  66-67
  5.4 宽峰问题分析  67-71
    5.4.1 实验现象  67-69
    5.4.2 实验分析  69-71
  5.5 多频循环检测  71-72
  5.6 三角波变频分段检测  72-75
  5.7 本章小结  75-76
6 总结与展望  76-77
参考文献  77-82
附录:作者硕士期间科研成果  82

24GHz汽车防撞雷达中频与基带信号处理研究

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