基于FPGA的车载毫米波雷达测距系统研究

摘要

随着近年来经济稳步发展，汽车保有量不断攀升，交通安全问题日益严重。基于人们对交通安全性的迫切需要，防撞雷达技术渐渐进入人们的视线。基于调频连续波技术的防撞雷达系统可以提高驾驶员的警惕性，减少事故的发生，具有很大的社会意义和良好的市场前景。本文基于传统调频连续波雷达系统分析与研究，针对现有系统中存在的不足，以多功能可编程集成芯片MAX11043为核心，设计了一种雷达系统功能的优化方案。　　本文首先介绍了三角波体制调频连续波(FMCW)雷达测距原理，确定了雷达的性能和基本结构。随后详细讲解了传统的防撞雷达系统结构体系，针对系统稳定性较差、测量精度低、误报率高、体积较大、功耗高的缺陷，提出以四通道单端或差分输入、十六位同步采样ADC芯片为核心的优化方案，该方案以芯片MAX11043代替传统防撞雷达系统中大部分硬件模块。然后本文根据该优化方案，设计了防撞雷达系统硬件电路，其中包括高通滤波电路、调制信号预处理模块电路、电源模块等，及其与方案核心器件MAX11043的硬件连接方式，并给出了部分模块仿真图。再次，本文以FPGA为数字处理端与系统的核心统控制器，设计了包括MAX11043驱动模块、三角调制波发生器模块、增益放大模块、数字滤波器模块、FFT的IP核调用在内的程序编译与调试，同时给出了程序仿真图。相对于传统的防撞雷达系统，该方案具有高可靠性、高精度、高集成度、低功耗等优势。最终仿真结果表明，该优化方案在基于FPGA的车载防撞雷达系统中是可执行的。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 现有车载防撞雷达系统技术

1．3 现国内外研究现状

1．4 本文的主要工作结构安排

第二章 基于调频连续波的车载防撞雷达原理

2．1 雷达测距基础原理

2．2 FMCW雷达测距测速原理

2．4 雷达模块

2．4．1 雷达原理

2．4．2 雷达选型

2．5 雷达的回波

2．6 防撞雷达性能分析

2．7 检测环境和噪声的干扰

2．8 数字处理端

2．9 本章小结

第三章 FMCW体制防撞雷达系统改进电路的设计

3．1 系统硬件总体架构

3．1．1 FMCW体制车载防撞雷达系统

3．1．2 车载防撞雷达系统缺陷分析

3．2 电源设计

3．3 雷达前端硬件设计

3．4 中频信号预处理模块

3．5 抗混叠滤波

3．6 调制信号预处理模块

3．7 A／D转换器MAX11043

3．8 AGC环路

3．9 本章小结

第四章 基于FPGA的数字信号处理模块的分布设计与仿真验证

4．1 数字信号处理模块概述

4．2 芯片MAX11043介绍

4．3 芯片MAX11043驱动设计

4．3．1 串行外设接口通讯

4．3．2 驱动时序分析

4．3．3 驱动程序设计

4．3．4 驱动模块仿真验证

4．4 调制波信号发生器

4．4．1 调制波生成时序分析

4．4．2 调制波生成程序

4．4．3 仿真分析

4．5 芯片使用中的编程控制

4．5．1 可编程增益放大器

4．5．2 可编程数字滤波器

4．5．3 模拟数字转换

4．6 FFT实现

4．6．1 FFT算法原理

4．6．2 FFT的IP核

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况