CN102253370A - 一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车防碰撞雷达信号处理装置，尤其涉及一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，属于通信和雷达技术领域。包括射频模块、电源模块、FPGA模块、4组接收电路、2组发射电路、时钟和RS232接口模块；其中每组接收电路均由前接收放大电路、接收滤波器模块、后接收放大电路、A/D转换模块构成，每组发射电路均由D/A转换模块、发射衰减电路和发射滤波器电路构成。本发明电路简洁、占用车载空间小、成本低、功耗低，信号处理板对雷达天线接收到的信号进行了有效的放大和滤波，尤其是在二级放大中间采用了高性能低噪滤波器芯片，有效降低了高频噪声，保证了采样数据的准确性，有效提高了信号的动态范围。

Description

一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置
技术领域
本发明涉及一种汽车防碰撞雷达信号处理装置，尤其涉及一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，属于通信和雷达技术领域。
背景技术
车用安全系统的主动防护系统目的是预防事故的发生，汽车主动防碰撞系统是车用安全系统中重要的组成部分之一，也是超过50％消费者购车时更加看重的配置之一。NHTSA的研究结果表明，防碰撞报警系统可以使追尾碰撞事故平均减少51％，因改变车道而引起的交通事故平均减少47％。因此，汽车主动防碰撞控制系统等主动安全驾驶辅助装置，可以明显减少司机的负担和判断错误，对于提高交通安全，降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失将起到重要作用。汽车主动防碰撞控制技术的研究一直受到广泛重视，成为近年来研究与发展汽车防撞系统的主流技术，被美国《福布斯》杂志评为“未来十大焦点汽车安全技术”之一。
国内对基于雷达的汽车主动防碰撞技术研究和报道大多是线性调频连续波(LFMCW)体制，调制信号为周期的三角波。其余频段的如江苏赛博电子有限公司等研制的汽车雷达防撞系统使用38GHz毫米波技术和高速DSP数字信号处理器。监视前向车道上静止的和行驶的车辆，提供20个目标的距离和接近速度数据判断潜在碰撞危险目标，虚警率为10-3，最小检测距离为1米。中国科学院上海微系统所2001年研制了的35GHz毫米波雷达系统，也是线性调频连续波(LFMCW)体制，调制信号为周期的三角波。集成收发前端为波导结构，天线为喇叭天线，信号处理部分使用通用DSP芯片实现测距范围大于100m，测速范围大于100km/h。2005年，微系统所研制出24GHz全芯片集成的小型防撞雷达。申请号为200910039669.0，发明名称为“汽车防碰撞防车道偏离控制装置”，此发明采用“毫米波雷达器，CCD视觉机器，雷达信号处理装置，视频处理模块，车载显示器，传感器，控制软件和扬声器”组成的结构，汽车雷达测距和机器视觉物体和车道识别判断相结合，大大提高了汽车防撞防车道偏离的准确度，降低防撞系统的虚警率，提高驾驶时辅助的主动安全性。
24GHz毫米波雷达传感器主要用于后视和侧视，而77GHz毫米波雷达则用于前视，属于汽车主动防碰撞系统的考核技术指标，其方位角为9°～12°、高低角为3°左右，测速误差小于0.5m/s，作用距离为1～150m，距离分辨率在1m以内，虚警率小于10-4，上述专利中没有针对77GHz毫米波雷达，更没有详细提及具体信号处理环节。
发明内容
本发明的目的是为了实现对77GHz毫米波雷达的信号采集、数据处理以及控制输出，提出一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理模块，包括射频模块、电源模块、FPGA模块、4组接收电路、2组发射电路、时钟和RS232接口模块；其中每组接收电路均由前接收放大电路、接收滤波器模块、后接收放大电路、A/D转换模块构成，每组发射电路均由D/A转换模块、发射衰减电路和发射滤波器电路构成；
射频信号将从射频天线接收到的4路天线回波信号分别经过4组接收电路的前接收放大电路、接收滤波器模块、后接收放大电路、A/D转换模块送入到FPGA模块，FPGA模块对信号进行处理后输出2路信号经发射电路的D/A转换模块、发射衰减电路、发射滤波器电路送入射频模块，对控制射频模块中的压控振荡器进行控制，进而控制发射波的频率，最终实现测距和测速；
时钟为FPGA模块提供基准时钟；
电源模块为其余模块电路提供电源；
本发明的一种77GHz汽车防碰撞雷达信号处理模块，具体工作步骤为：
1)射频模块接收到的4路天线回波信号在射频模块内部混频后变成为中频信号，射频模块将其以4路模拟信号的方式进行输出；
2)4组接收电路分别对步骤1)产生的4路模拟信号进行接收，每组接收电路的具体工作过程为：
2.1接收电路中的前接收放大电路对模拟信号进行放大；
2.2接收电路中的接收滤波器模块对步骤2.1发大后的信号进行低通滤波，滤除高频噪声；
2.3接收电路中的后接收放大电路对步骤2.2滤波后的信号进行二级放大；
2.4接收电路中的A/D转换模块对步骤2.3输出的模拟信号进行采集，产生数字信号并送入FPGA模块；
3)FPGA模块对步骤2)输出的4路数字信号进行采样，并对其进行信号处理，信号处理的过程包含：
3.1对采样后的数据分别进行正向调制段数据锁存和负向调制段数据锁存；
3.2对经过步骤3.1锁存的数据进行FFT求模；
3.3对步骤3.2进行FFT求模后的信息进行过门限的目标检测，即将被检测的信息与门限做比较，大于门限则认为是目标；
3.4对步骤3.3检测到的目标进行杂波消除和动目标配对；
3.5对步骤3.4处理后的目标进行角度测量；
3.6对步骤3.5目标角度测量后的信息进行相关跟踪，对超过警戒距离的目标做告警；
4)FPGA模块产生扫频电压信号，通过发射电路来控制射频模块的压控振荡器，进而控制发射波的频率，最终实现测距和测速。
有益效果
本发明的一种77GHz汽车防碰撞雷达信号处理模块，电路简洁、占用车载空间小、成本低、功耗低，信号处理板对雷达天线接收到的信号进行了有效的放大和滤波，尤其是在二级放大中间采用了高性能低噪滤波器芯片，有效降低了高频噪声，保证了采样数据的准确性，有效提高了信号的动态范围。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
一种77GHz汽车防碰撞雷达信号处理模块，其结构如图1所示，包括射频模块、电源模块、FPGA模块、4组接收电路、2组发射电路、时钟和RS232接口模块；其中每组接收电路均由前接收放大电路、接收滤波器模块、后接收放大电路、A/D转换模块构成，每组发射电路均由D/A转换模块、发射衰减电路和发射滤波器电路构成；
上述前接收放大电路、后接收放大电路、前发射放大电路和后发射放大电路中的运放器件均为ANALOG DEVICES公司的低噪声运放AD8655；
发射衰减电路对D/A转换模块的输出电压进行衰减，用来产生一个较小幅度的模拟信号，发射衰减电路的运放器件采用ANALOG DEVICES公司的AD8655；
A/D转换模块的主芯片为ANALOG DEVICES公司的16位芯片AD7980；
D/A转换模块的主芯片为ANALOG DEVICES公司的12位芯片AD5626；
FPGA模块的主芯片采用Altera公司的Cyclone III系列芯片EP3C25F256。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，其特征在于：包括射频模块、电源模块、FPGA模块、4组接收电路、2组发射电路、时钟和RS232接口模块；
其中每组接收电路均由前接收放大电路、接收滤波器模块、后接收放大电路、A/D转换模块构成，每组发射电路均由D/A转换模块、发射衰减电路和发射滤波器电路构成；
射频信号将从射频天线接收到的4路天线回波信号分别经过4组接收电路的前接收放大电路、接收滤波器模块、后接收放大电路、A/D转换模块送入到FPGA模块，FPGA模块对信号进行处理后输出2路信号经发射电路的D/A转换模块、发射衰减电路、发射滤波器电路送入射频模块，对控制射频模块中的压控振荡器进行控制，进而控制发射波的频率；
时钟为FPGA模块提供基准时钟；
电源模块为其余模块电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，其特征在于其工作步骤为：
1)射频模块接收到的4路天线回波信号在射频模块内部混频后变成为中频信号，射频模块将其以4路模拟信号的方式进行输出；
2)4组接收电路分别对步骤1)产生的4路模拟信号进行接收，每组接收电路的具体工作过程为：
2.1接收电路中的前接收放大电路对模拟信号进行放大；
2.2接收电路中的接收滤波器模块对步骤2.1发大后的信号进行低通滤波，滤除高频噪声；
2.3接收电路中的后接收放大电路对步骤2.2滤波后的信号进行二级放大；
2.4接收电路中的A/D转换模块对步骤2.3输出的模拟信号进行采集，产生数字信号并送入FPGA模块；
3)FPGA模块对步骤2)输出的4路数字信号进行采样，并对其进行信号处理，信号处理的过程包含：
3.1对采样后的数据分别进行正向调制段数据锁存和负向调制段数据锁存；
3.2对经过步骤3.1锁存的数据进行FFT求模；
3.3对步骤3.2进行FFT求模后的信息进行过门限的目标检测，即将被检测的信息与门限做比较，大于门限则认为是目标；
3.4对步骤3.3检测到的目标进行杂波消除和动目标配对；
3.5对步骤3.4处理后的目标进行角度测量；
3.6对步骤3.5目标角度测量后的信息进行相关跟踪，对超过警戒距离的目标做告警；
4)FPGA模块产生扫频电压信号，通过发射电路来控制射频模块的压控振荡器，进而控制发射波的频率，最终实现测距和测速。
3.根据权利要求1所述的一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，其特征在于：所述前接收放大电路、后接收放大电路和发射衰减电路中的运放器件均为ANALOG DEVICES公司的运放芯片AD8655。
4.根据权利要求1所述的一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，其特征在于：A/D转换模块的主芯片为ANALOG DEVICES公司的16位芯片AD7980；D/A转换模块的主芯片为ANALOG DEVICES公司的12位芯片AD5626。
5.根据权利要求1所述的一种77GHz毫米波汽车防碰撞雷达信号处理装置，其特征在于：FPGA模块的主芯片采用Altera公司的芯片EP3C25F256。
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