FMCW车辆检测雷达数据处理系统的研究与设计

摘要

智能交通系统是城市规划的一个重要方面,使用调频连续波(FMCW)雷达的车流量检测系统作为智能交通系统的一个子系统,主要用于获取路面信息,具有极其广阔的应用前景。本文的重点就是研究和设计基于调频连续波雷达的车辆检测数据处理系统。
　　根据高速公路的实际情况以及交通部的规范,本文确定了车流量检测雷达的工作体制、工作频段、距离分辨率等性能参数。并根据调频连续波雷达的检测原理,分析了雷达差拍信号的形式、影响车流量检测效果的环境问题、系统噪声及其消除方法。由于调频连续波雷达测距方法主要是通过检测差拍信号频率来测距,因此在算法分析中,本文对可用于本系统中实现时域-频域转换的chirp-z算法以及基2-FFT算法做了充分比较。在系统设计中,本文设计了以FPGA为控制和处理核心、以USB2.0接口为传输手段、以DDS+VCO+NIOSⅡ的方式作为高性能信号源设计方法的FMCW车辆检测雷达数据处理系统。该设计充分发挥了FPGA在逻辑控制方面的优势,结合USB传输稳定、高效、低成本的特性,达到了车辆检测数据处理系统对于实时性好、成本低、调试方便的要求。经内场实验和路面实况验证表明,本设计检测结果与理论分析的结果相符,效果良好。

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Contents

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 车辆检测系统研发现状

1.3 连续波雷达数据处理的技术背景

1.4 本论文研究主要内容及结构安排

第2章 FMCW雷达车辆检测理论与系统概述

2.1 雷达距离探测

2.2 调频连续波雷达测距的基本原理

2.3 锯齿波调制的差拍信号分析

2.4 检测环境和噪声分析

2.5 微波特性和车辆检测器的主要功能

2.6 本章小结

第3章 算法分析及总体设计

3.1 DFT基本公式

3.2 基2的DIF-FFT算法

3.3 线性调频chirp-z算法

3.5 主要性能指标及相关技术要求

3.6 总体设计

3.7 本章小结

第4章 车辆检测数据处理系统硬件设计

4.1 控制和处理单元设计

4.2 A/D采样和信号调理电路设计

4.3 新型信号源的设计

4.4 数据传输电路

4.5 电源设计

4.6 本章小结

第5章 系统软件设计和调试结果分析

5.1 USB固件程序设计

5.2 USB驱动程序设计

5.3 FPGA逻辑设计

5.4 应用程序

5.5 系统调试和结果分析

5.6 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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