一种毫米波雷达信号处理系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于毫米波雷达技术领域，具体涉及一种毫米波雷达信号处理系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 车辆安全越来越受到广大消费者的重视，主动安全技术在车辆安全方面所发挥的 作用越来越突出，它能够有效预防事故发生，而毫米波雷达技术在车辆周围环境探测中被 广泛使用，尤其是调频连续波毫米波雷达，能够探测静止和运动目标的距离、速度和方位， 从而获取车辆周围环境信息，实现车辆前方避撞、后方盲区探测，变道辅助等技术。
[0003] 目前各大厂家所开发的毫米波雷达系统所采用的系统构架各不相同，尤其是后端 信号处理部分，采用FPGA，增加了外置的高精度ADC和高精度DAC，系统成本高，设计复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有毫米波雷达信号处理系统存在的成本高， 系统复杂的不足，提出了一种毫米波雷达信号处理系统方案，成本低、集成度高、实现方式 简单。
[0005] 本发明的技术方案为：一种毫米波雷达信号处理系统，该系统包括DSP最小系统， 所述DSP最小系统的DSP处理器分别与DAC调频信号产生电路、中频处理电路、通信电路、 LED视觉报警电路和BUZZER蜂鸣器声觉报警电路连接，所述DSP控制单元内置有ADC模数 转换器。所述DAC调频信号产生电路的控制通过DSP处理器及内置的多通道串行通信接口 配合DM控制模块进行控制。所述DAC调频信号产生电路包括低精度的数模转换器DAC、与 低精度的数模转换器DAC连接的滤波放大电路。所述DSP控制单元通过多通道缓冲串行通 信接口对12位的DAC数模转换器进行控制，产生三角波调制信号，经过滤波放大处理得到 高线性度的调频信号。所述DSP最小系统还包括OSC时钟电路、JTAG调试电路、FLASH、SRAM 存储电路。所述SRAM存储电路配合DSP最小系统的DM控制模块实现先进先出FIFO缓冲 器。所述中频处理电路对雷达前端返回的四路中频信号进行处理，经过低噪放运算放大器 进行滤波放大处理，并经过数字电位器设置放大倍数，然后经过RC滤波器处理，进入DSP最 小系统的ADC模块。
[0006] 一种毫米波雷达信号处理方法，该方法包括以下步骤：步骤一、系统进行初始化； 步骤二、系统进行故障自检，如果系统有故障，则进行故障报警，通过LED视觉报警电路和 BUZZER蜂鸣器声觉报警电路进行报警；步骤三、故障自检通过后，对采集的雷达中频信号 进行滤波处理得到滤波后的中频信号以及回波平均波峰幅值；步骤四、根据得到的回波平 均波峰幅值判断是否饱和，如果饱和则调整中频放大倍数；步骤五、CAN通信模块将探测的 目标数据通过CAN输出。所述步骤三种滤波后的中频信号执行的算法包括FFT变换，虚警 检测算法、多目标跟踪算法、卡尔曼滤波算法、角闪烁预校正算法。
[0007] 本系统采用12位DAC数模转换器加上低噪放和可调电位器实现毫米波雷达前端 所需高线性三角波调频信号，DAC由DSP进行控制。对前端返回的4路中频信号先通过低 噪放进行滤波放大处理，同时采用数字电位器通过SPI接口由DSP实施控制放大电路的放 大倍数，从而满足最近和最远距离中频信号的放大需求，防止中频信号近距离探测回波信 号过度饱和并提高远距离探测回波信号强度。中频信号经过RC滤波电路后进入DSP内置 的ADC实现模数转换，同时采用SRAM并配合DSP内部的DM实现模数转换后数字信号的缓 冲。
[0008] 本发明方案与现有技术相比具有如下优点：本发明采用低精度的DAC加上滤波放 大电路取代高精度的DAC和PLL锁相环等方案实现高线性度的调频信号，成本低，设计简 单。DAC的控制由DSP以及内置的多通道串行通信接口配合DM进行控制，不需要额外增 加 DAC所需的MCU。模数转换器使用DSP内置的ADC，不需要额外增加 ADC。系统采用传统 的DSP系统SRAM配合DSP内部的DM控制模块取代目前大部分系统采用的FPGA或者双口 RAM实现FIFO缓冲器。该系统的以上优点和创新点不仅降低了系统成本，而且降低了系统 复杂度。
【附图说明】
[0009] 图1为系统总体结构框图；
[0010] 图2为系统信号处理和控制流程图。
【具体实施方式】
[0011] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方 式对本发明一种毫米波雷达信号处理系统作进一步详细描述。
[0012] 一种毫米波雷达信号处理系统包括DSP最小系统、DAC调频信号产生电路，中频处 理电路、用于和整车通信的CAN总线通信电路、LED视觉报警电路、BUZZER蜂鸣器声觉报警 电路，见图1所示。
[0013] DSP最小系统包括OSC时钟电路、JTAG调试电路、FLASH、SRAM存储电路。
[0014] DSP通过多通道缓冲串行通信接口 MCBSPB控制电路对12位的低精度DAC数模转 换器进行控制，产生三角波调制信号并经过滤波放大处理得到高线性度的调频信号作用于 雷达前端产生射频调频信号。
[0015] 中频处理电路对雷达前端返回的I1、Q1、I2、Q2四路中频信号，经过低噪放运算放 大器进行滤波放大处理，同时经过数字电位器设置放大倍数，然后经过RC滤波器处理，进 入DSP内部的ADC模块，转换后的数字信号经过DAC传输到SRAM中。DSP首先对存储在SRAM 中的数字信号进行滤波处理，得到滤除杂波的中频数字信号和回波信号平均峰值幅值。
[0016] 中频数字信号经过FFT快速傅里叶变换，从时域变换到频域，得到中频信号的回 波频率。
[0017] 本系统对应的雷达前端工作模式为调频连续波模式，可以测相对距离、相对速度 和相对方位角度。回波频率包含两部分，一部分是由于调频和时延引起的频差f delay，另外 一部分是目标运动导致的多普勒频移fd_。
[0018] 距离计算公式如下：
【主权项】
1. 一种毫米波雷达信号处理系统，其特征在于：该系统包括DSP最小系统，所述DSP最 小系统的DSP处理器分别与DAC调频信号产生电路、中频处理电路、通信电路、LED视觉报 警电路和BUZZER蜂鸣器声觉报警电路连接，所述DSP控制单元内置有ADC模数转换器。
2. 根据权利要求1所述的毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，所述DAC调频信号产 生电路的控制通过DSP处理器及内置的多通道串行通信接口配合DMA控制模块进行控制。
3. 根据权利要求1所述的毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，所述DAC调频信号产 生电路包括低精度的数模转换器DAC、与低精度的数模转换器DAC连接的滤波放大电路。
4. 根据权利要求3所述的毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，所述DSP控制单元通 过多通道缓冲串行通信接口对12位的DAC数模转换器进行控制，产生三角波调制信号，经 过滤波放大处理得到高线性度的调频信号。
5. 根据权利要求1所述的毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，所述DSP最小系统还 包括OSC时钟电路、JTAG调试电路、FLASH、SRAM存储电路。
6. 根据权利要求5所述的毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，所述SRAM存储电路 配合DSP最小系统的DM控制模块实现先进先出FIFO缓冲器。
7. 根据权利要求1所述的毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，所述中频处理电路 对雷达前端返回的四路中频信号进行处理，经过低噪放运算放大器进行滤波放大处理，并 经过数字电位器设置放大倍数，然后经过RC滤波器处理，进入DSP最小系统的ADC模块。
8. -种毫米波雷达信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤一、系统进行初始化； 步骤二、系统进行故障自检，如果系统有故障，则进行故障报警，通过LED视觉报警电 路和BUZZER蜂鸣器声觉报警电路进行报警； 步骤三、故障自检通过后，对采集的雷达中频信号进行滤波处理得到滤波后的中频信 号以及回波平均波峰幅值； 步骤四、根据得到的回波平均波峰幅值判断是否饱和，如果饱和则调整中频放大倍 数； 步骤五、CAN通信模块将探测的目标数据通过CAN输出。
9. 根据权利要求8所述的毫米波雷达信号处理方法，其特征在于：所述步骤三种滤波 后的中频信号执行的算法包括FFT变换，虚警检测算法、多目标跟踪算法、卡尔曼滤波算 法、角闪烁预校正算法。
【专利摘要】本发明涉及一种毫米波雷达信号处理系统及方法，该系统包括DSP最小系统,所述DSP最小系统的DSP处理器分别与DAC调频信号产生电路、中频处理电路、通信电路、LED视觉报警电路和BUZZER蜂鸣器声觉报警电路连接，所述DSP控制单元内置有ADC模数转换器。所述DAC调频信号产生电路的控制通过DSP处理器及内置的多通道串行通信接口配合DMA控制模块进行控制。所述DAC调频信号产生电路包括低精度的数模转换器DAC、与低精度的数模转换器DAC连接的滤波放大电路。本发明成本低、集成度高、实现方式简单。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104808189
【申请号】CN201510222303
【发明人】王陆林, 张世兵, 徐达学
【申请人】奇瑞汽车股份有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月4日