DSP在毫米波汽车防撞雷达系统中的应用

摘要：基于DSP的毫米波汽车防撞雷达系统，采用主从处理器设计。从处理器AT89C51完成人机交互、显示和控制报警。键盘设置的运行参数及其报警门限通过LCD中文显示。当主处理器DSP运算得到的目标信号超过设定门限值时，通过AT89C51控制启动声光报警。采样的中频时域信号通过傅立叶FFT变换将其从时域变换到频域，并获得频率参数。 0 引言 高速公路上车辆行驶速度快，在能见度很低的天气或驾驶疲劳的情况下，将影响驾驶员对目标的识别。采用汽车雷达检测前方障碍物的相对距离和速度，提前预警，可有效降低交通事故的发生。目前汽车防撞技术有超声波、红外线、激光及毫米波。因毫米波雷达分辨率高，穿透力强，受大气絮流和能见度低的天气影响较小，同时毫米波多谱勒频移大，可测量目标的相对距离和速度，是有发展潜力的汽车：防撞雷达。故将高性能数字处理器DSP应用于毫米波汽车雷达，可提高其快速性和准确性。 1 毫米波雷达原理 毫米波波长为1～10mm。毫米波雷达向外发射的频率随时间线性变化，若有日标时反射回波，将发射波和回波信号混频，从混频器输出，再从频谱信号中提取含目标相对距离和速度信息。对FMCW（调频连续波）汽车雷达，发射波频率按周期性三角波变化，设发射波和回波时间差t_d，则： 2R＝C×t_d （1） 式中：R为目标距离；C为光速。根据多谱勒效应原理，当发射物体和反射物体相对运动时，将产生频移f_d，且以下公式成立： V＝[（C•f_d）/2f₀] （2） 如图1，设发射信号上升和下降阶段分别为 f（t_＋）、f（t_－），K为斜率，则： f（t_＋）＝f_min＋k•t （3） f（t_－）＝f_max－k•t （4） 对应回波信号为f_b（t_＋）、f_b（t_－）： f_b（t_＋）＝f_min＋k（t－τ）＋f_d （5） f_b（t_－）＝f_min－k（t－τ）＋f_d （6） 混频后输出的差拍信号为： f_e（t_{＋）＝｜f（t＋）－fb（t＋）｜＝k•t－fd （7） fe（t－）＝｜f（t－）－fb（t－）｜＝k•t＋fd （8） 计算出目标的相对距离R和相对速度V为： R＝C•T[fe（t－）＋fe（t＋）]/4△F v＝C[fe（t－）－fe（t）＋）]/4f0 △F为发射波带宽，f0为发射波中心频率。 2 系统硬件设计 2.1 系统硬件原理 主处理器采用TI公司16位定点数字处理器TMS320VC5416。DSP完成数据采集和处理，利用DSP处理数字信号快的特点，对采集信号进行数字滤波和FFT变换。从处理器采用单片机AT89C51，完成人机交互、显示和控制报警。键盘可设置系统运行参数和不同条件（如车速、不同天气状况）下的报警门限，并由LCD中文显示。当主处理器运算后得到目标信号（距离、车速）超过设定门限时，经AT89C51控制声光报警，如图3。 CPLD完成A/D转换芯片的启动、地址译码、各种控制逻辑信号的产生及VC5416与单片机间的数据交换。A/D转换芯片采用THS1206的12位多通道高速并行A/D转换器。作单输入通道时，采样频率达6M，芯片内部集成16字节的FIFO，采样转换数值自动写入FIFO。由控制器设置触发水平，向DSP发出中断请求。为快速读取采样数据，减少中断次数，没置触发水平为8，当连续8个采样值写入FIFO时，THS1206向DSP发出中断请求，并连续读取8个采样值到RAM。闪存用来存放主程序，系统加电后将其装载到DSP内部RAM中运行。 2.2 信号的产生及处理 选择中心发射频率为35GHz，该频率是毫米波连续波的线性度，采用VCO压控震荡电路得压频曲线线性度，经天线向外辐射。因发射功率不大，信号在空气中传播会衰减部分能量，从混频器输出的差拍信号较小，且含杂波信号，需对差频信号先放大，低通滤波后，再中频放大送A/D转换器。 3 软件设计 软件采用模块化设计。采样中频信号为时域信号，经傅立叶FFT变换将信号从时域变换到频域，获频率参数，并算出与目标物的相对距离和速度，当超过门限值时启动报警控制单元。如图4。 4 结语 采用调频连续波FMCW汽车防撞雷达具有较好的稳定性和环境适应性，处理速度快，体积小，成本低。经多次上车试验，探测距离可达100m以上，且虚警率低，有较好的应用前景。}