專(zhuān)利名稱(chēng)：一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，尤其涉及一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，屬于通信和雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
車(chē)用安全系統(tǒng)的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)目的是預(yù)防事故的發(fā)生，汽車(chē)主動(dòng)防碰撞系統(tǒng)是車(chē)用安全系統(tǒng)中重要的組成部分之一，也是超過(guò)50%消費(fèi)者購(gòu)車(chē)時(shí)更加看重的配置之一。 NHTSA的研究結(jié)果表明，防碰撞報(bào)警系統(tǒng)可以使追尾碰撞事故平均減少51%，因改變車(chē)道而引起的交通事故平均減少47%。因此，汽車(chē)主動(dòng)防碰撞控制系統(tǒng)等主動(dòng)安全駕駛輔助裝置，可以明顯減少司機(jī)的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于提高交通安全，降低惡性交通事故發(fā)生率、 減少生命財(cái)產(chǎn)損失將起到重要作用。汽車(chē)主動(dòng)防碰撞控制技術(shù)的研究一直受到廣泛重視， 成為近年來(lái)研究與發(fā)展汽車(chē)防撞系統(tǒng)的主流技術(shù)，被美國(guó)《福布斯》雜志評(píng)為“未來(lái)十大焦點(diǎn)汽車(chē)安全技術(shù)”之一。國(guó)內(nèi)對(duì)基于雷達(dá)的汽車(chē)主動(dòng)防碰撞技術(shù)研究和報(bào)道大多是線性調(diào)頻連續(xù)波 (LFMCff)體制，調(diào)制信號(hào)為周期的三角波。其余頻段的如江蘇賽博電子有限公司等研制的汽車(chē)?yán)走_(dá)防撞系統(tǒng)使用38GHz毫米波技術(shù)和高速DSP數(shù)字信號(hào)處理器。監(jiān)視前向車(chē)道上靜止的和行駛的車(chē)輛，提供20個(gè)目標(biāo)的距離和接近速度數(shù)據(jù)判斷潛在碰撞危險(xiǎn)目標(biāo)，虛警率為10_3，最小檢測(cè)距離為1米。中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所2001年研制了的35GHz毫米波雷達(dá)系統(tǒng)，也是線性調(diào)頻連續(xù)波(LFMCW)體制，調(diào)制信號(hào)為周期的三角波。集成收發(fā)前端為波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，天線為喇叭天線，信號(hào)處理部分使用通用DSP芯片實(shí)現(xiàn)測(cè)距范圍大于100m，測(cè)速范圍大于100km/h。2005年，微系統(tǒng)所研制出MGHz全芯片集成的小型防撞雷達(dá)。申請(qǐng)?zhí)枮?200910039669.0，發(fā)明名稱(chēng)為“汽車(chē)防碰撞防車(chē)道偏離控制裝置”，此發(fā)明采用“毫米波雷達(dá)器，CXD視覺(jué)機(jī)器，雷達(dá)信號(hào)處理裝置，視頻處理模塊，車(chē)載顯示器，傳感器，控制軟件和揚(yáng)聲器”組成的結(jié)構(gòu)，汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)距和機(jī)器視覺(jué)物體和車(chē)道識(shí)別判斷相結(jié)合，大大提高了汽車(chē)防撞防車(chē)道偏離的準(zhǔn)確度，降低防撞系統(tǒng)的虛警率，提高駕駛時(shí)輔助的主動(dòng)安全性。24GHz毫米波雷達(dá)傳感器主要用于后視和側(cè)視，而77GHz毫米波雷達(dá)則用于前視， 屬于汽車(chē)主動(dòng)防碰撞系統(tǒng)的考核技術(shù)指標(biāo)，其方位角為9° 12°、高低角為3°左右，測(cè)速誤差小于0. 5m/s，作用距離為1 150m，距離分辨率在Im以?xún)?nèi)，虛警率小于10_4，上述專(zhuān)利中沒(méi)有針對(duì)77GHz毫米波雷達(dá)，更沒(méi)有詳細(xì)提及具體信號(hào)處理環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)77GHz毫米波雷達(dá)的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理以及控制輸出，提出一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理模塊，包括射頻模塊、電源模塊、FPGA模塊、4組接收電路、2組發(fā)射電路、時(shí)鐘和RS232接口模塊；其中每組接收電路均由前接收放大電路、接收濾波器模塊、后接收放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，每組發(fā)射電路均由D/A轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射衰減電路和發(fā)射濾波器電路構(gòu)成；射頻信號(hào)將從射頻天線接收到的4路天線回波信號(hào)分別經(jīng)過(guò)4組接收電路的前接收放大電路、接收濾波器模塊、后接收放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊送入到FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出2路信號(hào)經(jīng)發(fā)射電路的D/A轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射衰減電路、發(fā)射濾波器電路送入射頻模塊，對(duì)控制射頻模塊中的壓控振蕩器進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)射波的頻率，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)距和測(cè)速；時(shí)鐘為FPGA模塊提供基準(zhǔn)時(shí)鐘；電源模塊為其余模塊電路提供電源；本發(fā)明的一種77GHz汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理模塊，具體工作步驟為1)射頻模塊接收到的4路天線回波信號(hào)在射頻模塊內(nèi)部混頻后變成為中頻信號(hào)， 射頻模塊將其以4路模擬信號(hào)的方式進(jìn)行輸出；幻4組接收電路分別對(duì)步驟1)產(chǎn)生的4路模擬信號(hào)進(jìn)行接收，每組接收電路的具體工作過(guò)程為2. 1接收電路中的前接收放大電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大；2. 2接收電路中的接收濾波器模塊對(duì)步驟2. 1發(fā)大后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除
高頻噪聲；2. 3接收電路中的后接收放大電路對(duì)步驟2. 2濾波后的信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大；2. 4接收電路中的A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)步驟2. 3輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)并送入FPGA模塊；3) FPGA模塊對(duì)步驟幻輸出的4路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，信號(hào)處理的過(guò)程包含3. 1對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正向調(diào)制段數(shù)據(jù)鎖存和負(fù)向調(diào)制段數(shù)據(jù)鎖存；3. 2對(duì)經(jīng)過(guò)步驟3. 1鎖存的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT求模；3. 3對(duì)步驟3. 2進(jìn)行FFT求模后的信息進(jìn)行過(guò)門(mén)限的目標(biāo)檢測(cè)，即將被檢測(cè)的信息與門(mén)限做比較，大于門(mén)限則認(rèn)為是目標(biāo)；3. 4對(duì)步驟3. 3檢測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行雜波消除和動(dòng)目標(biāo)配對(duì)；3. 5對(duì)步驟3. 4處理后的目標(biāo)進(jìn)行角度測(cè)量；3. 6對(duì)步驟3. 5目標(biāo)角度測(cè)量后的信息進(jìn)行相關(guān)跟蹤，對(duì)超過(guò)警戒距離的目標(biāo)做
告警；4)FPGA模塊產(chǎn)生掃頻電壓信號(hào)，通過(guò)發(fā)射電路來(lái)控制射頻模塊的壓控振蕩器，進(jìn)而控制發(fā)射波的頻率，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)距和測(cè)速。有益效果本發(fā)明的一種77GHz汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理模塊，電路簡(jiǎn)潔、占用車(chē)載空間小、 成本低、功耗低，信號(hào)處理板對(duì)雷達(dá)天線接收到的信號(hào)進(jìn)行了有效的放大和濾波，尤其是在二級(jí)放大中間采用了高性能低噪濾波器芯片，有效降低了高頻噪聲，保證了采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有效提高了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一種77GHz汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括射頻模塊、電源模塊、FPGA模塊、4組接收電路、2組發(fā)射電路、時(shí)鐘和RS232接口模塊；其中每組接收電路均由前接收放大電路、接收濾波器模塊、后接收放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，每組發(fā)射電路均由D/A轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射衰減電路和發(fā)射濾波器電路構(gòu)成；上述前接收放大電路、后接收放大電路、前發(fā)射放大電路和后發(fā)射放大電路中的運(yùn)放器件均為ANALOG DEVICES公司的低噪聲運(yùn)放AD8655 ；發(fā)射衰減電路對(duì)D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出電壓進(jìn)行衰減，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)較小幅度的模擬信號(hào)，發(fā)射衰減電路的運(yùn)放器件采用ANALOG DEVICES公司的AD8655 ；A/D轉(zhuǎn)換模塊的主芯片為ANALOG DEVICES公司的16位芯片AD7980 ；D/A轉(zhuǎn)換模塊的主芯片為ANALOG DEVICES公司的12位芯片AD56^ ；FPGA模塊的主芯片采用Altera公司的Cyclone III系列芯片EP3C25F256。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，其特征在于包括射頻模塊、電源模塊、FPGA模塊、4組接收電路、2組發(fā)射電路、時(shí)鐘和RS232接口模塊；其中每組接收電路均由前接收放大電路、接收濾波器模塊、后接收放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，每組發(fā)射電路均由D/A轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射衰減電路和發(fā)射濾波器電路構(gòu)成；射頻信號(hào)將從射頻天線接收到的4路天線回波信號(hào)分別經(jīng)過(guò)4組接收電路的前接收放大電路、接收濾波器模塊、后接收放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊送入到FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出2路信號(hào)經(jīng)發(fā)射電路的D/A轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射衰減電路、發(fā)射濾波器電路送入射頻模塊，對(duì)控制射頻模塊中的壓控振蕩器進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)射波的頻率；時(shí)鐘為FPGA模塊提供基準(zhǔn)時(shí)鐘；電源模塊為其余模塊電路提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，其特征在于其工作步驟為1)射頻模塊接收到的4路天線回波信號(hào)在射頻模塊內(nèi)部混頻后變成為中頻信號(hào)，射頻模塊將其以4路模擬信號(hào)的方式進(jìn)行輸出；2)4組接收電路分別對(duì)步驟1)產(chǎn)生的4路模擬信號(hào)進(jìn)行接收，每組接收電路的具體工作過(guò)程為2. 1接收電路中的前接收放大電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大；2. 2接收電路中的接收濾波器模塊對(duì)步驟2. 1發(fā)大后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除高頻噪聲；2. 3接收電路中的后接收放大電路對(duì)步驟2. 2濾波后的信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大；2.4接收電路中的A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)步驟2. 3輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)并送入FPGA模塊；3)FPGA模塊對(duì)步驟幻輸出的4路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，信號(hào)處理的過(guò)程包含3.1對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正向調(diào)制段數(shù)據(jù)鎖存和負(fù)向調(diào)制段數(shù)據(jù)鎖存；3. 2對(duì)經(jīng)過(guò)步驟3. 1鎖存的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT求模；3. 3對(duì)步驟3. 2進(jìn)行FFT求模后的信息進(jìn)行過(guò)門(mén)限的目標(biāo)檢測(cè)，即將被檢測(cè)的信息與門(mén)限做比較，大于門(mén)限則認(rèn)為是目標(biāo)；3. 4對(duì)步驟3. 3檢測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行雜波消除和動(dòng)目標(biāo)配對(duì)；3. 5對(duì)步驟3. 4處理后的目標(biāo)進(jìn)行角度測(cè)量；3. 6對(duì)步驟3. 5目標(biāo)角度測(cè)量后的信息進(jìn)行相關(guān)跟蹤，對(duì)超過(guò)警戒距離的目標(biāo)做告警；4)FPGA模塊產(chǎn)生掃頻電壓信號(hào)，通過(guò)發(fā)射電路來(lái)控制射頻模塊的壓控振蕩器，進(jìn)而控制發(fā)射波的頻率，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)距和測(cè)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，其特征在于所述前接收放大電路、后接收放大電路和發(fā)射衰減電路中的運(yùn)放器件均為ANALOG DEVICES公司的運(yùn)放芯片AD8655。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換模塊的主芯片為ANALOG DEVICES公司的16位芯片AD7980 ；D/A轉(zhuǎn)換模塊的主芯片為ANALOG DEVICES公司的12位芯片AD56^。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，其特征在于FPGA模塊的主芯片采用Altera公司的芯片EP3C25F256。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，尤其涉及一種77GHz毫米波汽車(chē)防碰撞雷達(dá)信號(hào)處理裝置，屬于通信和雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。包括射頻模塊、電源模塊、FPGA模塊、4組接收電路、2組發(fā)射電路、時(shí)鐘和RS232接口模塊；其中每組接收電路均由前接收放大電路、接收濾波器模塊、后接收放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，每組發(fā)射電路均由D/A轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射衰減電路和發(fā)射濾波器電路構(gòu)成。本發(fā)明電路簡(jiǎn)潔、占用車(chē)載空間小、成本低、功耗低，信號(hào)處理板對(duì)雷達(dá)天線接收到的信號(hào)進(jìn)行了有效的放大和濾波，尤其是在二級(jí)放大中間采用了高性能低噪濾波器芯片，有效降低了高頻噪聲，保證了采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有效提高了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
文檔編號(hào)G01S7/02GK102253370SQ20111017218
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者卜祥元, 盧繼華, 安建平, 張軍, 李安培, 武振, 田黎育 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué), 廣東鐵將軍防盜設(shè)備有限公司