CN204925384U - 一种毫米波雷达测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波雷达测距系统，包括：依次电连接的三角波产生电路、雷达收发器、放大滤波电路、电平转换电路、AD转换电路和控制及测距运算电路。本实用新型结构简单，成本低，测距算法简单，距离分辨力高。

Description

一种毫米波雷达测距系统

技术领域

本发明涉及一种信号转换系统，具体涉及一种毫米波雷达测距系统。

背景技术

毫米波FMCW(调频连续波)雷达是在连续波雷达的基础上发展起来的，具有连续波雷达发射功率小的特点，又具有脉冲雷达可以测量目标距离的能力。可以用于汽车防撞系统、液位测量、交通管制及检测等应用方面。在测距应用方面，主要有超声波测距、毫米波测距和激光测距几种。超声波测距的缺点是超声波传播速度慢，在某些需要高速运动的测距方面无法实现快速精确测距，且方向性差、发散角大、无法测量较远距离。激光测距的缺点是对人体安全性差、成本高、受环境影响大等。而毫米波雷达测距不仅可以探测目标的距离，还可以测量运动目标的速度，具有结构简单、发射功率低、接收机灵敏度高、距离分辨力高、抗干扰能力强、对环境要求低等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种毫米波雷达测距系统，实现毫米波FMCW雷达测距。

本发明提供了如下的技术方案：

一种毫米波雷达测距系统，包括：包括：依次电连接的三角波产生电路、雷达收发器、放大滤波电路、电平转换电路、AD转换电路和控制及测距运算电路；所述三角波产生电路用于产生三角波信号作为雷达收发器电路上的调制信号进行调频处理；所述雷达收发器用于发射线性扫频信号、接收回波信号后与本振信号混频后产生差频信号并输出；所述放大滤波电路用于将差频信号进行低噪声放大后并进行带通滤波，可以滤除信号中的噪声及干扰信号；所述控制及测距运算电路对所述AD转换电路进行控制并进行FFT运算，将差频信号中的频率取出并根据公式计算出所测距离。

所述雷达收发器为K波段雷达收发器。

本发明的有益效果是：系统采用通用FPGA作为控制部分对信号处理部分AD转换进行控制，并实现用FFT简单算法进行差频信号的频率提取和距离计算。系统的特点是实现结构简单，降低了硬件成本，实现测距算法简单，运算速度快等。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明结构示意图；

图2是三角波产生电路图；

图3是带通滤波器电路图；

图4是MATLAB仿真下的1KHz～50KHz带通滤波器幅频响应图；

图5是电平转换电路及其与AD转换电路的连接图；

图6是FPGA控制AD转换电路图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明公开一种毫米波雷达测距系统，包括：雷达收发器、三角波产生电路、放大滤波电路、AD转换电路、FPGA控制及测距运算电路。其中雷达收发器为K波段雷达收发器，用于发射线性扫频信号、接收回波信号后与本振信号混频后产生差频信号并输出。三角波产生电路用于产生三角波信号作为雷达收发器电路上的调制信号进行调频处理。放大滤波电路用于将差频信号进行低噪声放大后并进行带通滤波，可以滤除信号中的噪声及干扰信号。FPGA控制电路对AD转换电路进行控制并进行FFT运算，将差频信号中的频率取出并根据公式计算出所测距离。

在本实施例中，雷达收发器采用Innosent公司的IVS-163，为双通道K波段带VCO的雷达传感器，中心频率24GHz，可工作于FMCW模式，可用于测距和探测静止目标。利用集成电路ICL8038产生三角波，对其发射信号进行调制，线性FMCW雷达采用三角波调制方式，处理简单，易于实现。在处理雷达混频输出信号时，利用芯片ADS7890进行对其进行快速模/数转换，再利用DSP芯片实现对数据的FFT转换，最终计算得出所测移动或静止物体与测量点间距离。差频信号的频率为1KHz到50KHz，故选用高边截止频率应为50KHz，底边截止频率应为1KHz的带通滤波，带通滤波器采用OP07芯片。本设计以ALTERA公司生产的芯片EP4CE6E22C8为控制器件，采用ADS7890进行信号的模数转换处理。ADS7890是一种高位快速AD转换芯片，为2.5V内部参考电压的模拟14位串行AD转换器。从雷达传感器输出的模拟信号，经过了带通滤波，由AD转换转变为数字信号，再经过傅里叶变换得到了N点的数据，最后是对这些数据进行处理，最终得到待测物的距离信息。雷达输出的差频信号经过系统处理得到了N点的浮点FFT结果数据，缓存于FIFO存储器中，在幅值峰值处即为信号差频频率，由于采用快浮点计数方式，只需要对输出实部、虚部求模取出极大值即可。对于静态物体，只有一个峰值，由其差率可计算出距离信息；对于动态物体，拥有两个峰值，同样由差率也可计算出距离信息。

如图2所示，为三角波产生电路，由ICL8038芯片及外围电路构成，可以输出频率和幅度可调的三角波信号。输出的三角波的线性度可以达到0.1％，可以满足雷达收发器对调制波形线性度的要求。电路中的电位器RV1负责调节占空比，当电位器RV1滑块置于中间时输出信号占空比为50％，调节电位器RV4的值可以改变输出三角波频率。

如图3所示，为带通滤波电路，由于雷达收发器IVS-163输入信号为毫伏，输出信号除了设计所需的差频信号外，还存在100Hz的调制信号和24GHz左右的载波信号产生的杂波，因此需要设计滤波及放大电路，以满足信号之后的AD转换要求。差频信号的频率为1KHz到50KHz，故选用高边截止频率应为50KHz，底边截止频率应为1KHz的带通滤波。带通滤波器采用OP07芯片。

在这级电路中，需要两个放大器，选用拥有四个放大器的MC33079，是因为在上文三角波产生处同样需要一个放大器，为此提高了芯片利用率。AD转换的输入要求为伏特级，本次放大主要作用为将毫伏级放大至伏特级，放大倍数设计为60dB。通过Matlab功能仿真，其幅频响应如图4所示，由图中可以看出，在50KHz附近，放大倍数达到最大值，约为60dB，另外几种主要杂波都得到了有效抑制，达到了设计要求。

由图4可以看出，此时的信号波形为双极性，幅值达到了伏特级。但模数转换芯片ADS7890的输入电压要求为0V～2.5V，因此需要再进行一次放大调整，使其完全满足于之后电路要求。选择低噪声高速运算放大芯片THS4031，其主要外围电路图如图5所示。根据AD转换芯片需要，+IN输出为即将进行模数转换的输入波形，-IN输出是用于补偿雷达收发器与AD7890之间电压的不匹配，其电压范围为±200mV。

在本设计中，需要AD转换芯片具有高速、精确等要求，其影响着测距计算结果的精度，并最终影响雷达测距系统精度。基于此，本设计中选用了芯片高位快速AD转换芯片ADS7890为模/数转换器件，主要电路框图如图6所示，其中CS、SCLK和SDO三个控制管脚与FPGA芯片的IO接口连接。经FPGA芯片进行FFT算法处理数据后，测距的结果经由数码管显示输出。

综上，本发明雷达收发器、三角波产生电路、放大滤波电路、AD转换电路、FPGA控制及测距运算电路。其中雷达收发器，用于发射线性扫频信号、接收回波信号后与本振信号混频后产生差频信号并输出。三角波产生电路用于产生三角波信号作为雷达收发器电路上的调制信号进行调频处理，波形产生电路采用集成芯片ICL8038实现，不仅实现简单，波形参数可调，还可以产生锯齿波信号。放大滤波电路用于将差频信号进行低噪声放大后并进行带通滤波，可以滤除信号中的噪声及干扰信号。FPGA控制电路对AD转换电路进行控制并进行FFT运算，将差频信号中的频率取出并根据公式计算出所测距离，算法简单，测距精度高，实时性较好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种毫米波雷达测距系统，其特征在于，包括：依次电连接的三角波产生电路、雷达收发器、放大滤波电路、电平转换电路、AD转换电路和控制及测距运算电路；所述三角波产生电路用于产生三角波信号作为雷达收发器电路上的调制信号进行调频处理；所述雷达收发器用于发射线性扫频信号、接收回波信号后与本振信号混频后产生差频信号并输出；所述放大滤波电路用于将差频信号进行低噪声放大后并进行带通滤波，可以滤除信号中的噪声及干扰信号；所述控制及测距运算电路对所述AD转换电路进行控制并进行FFT运算，将差频信号中的频率取出并根据公式计算出所测距离。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达测距系统，其特征在于，所述雷达收发器为K波段雷达收发器。