CN207752143U - 一种毫米波雷达控制及数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种毫米波雷达控制及数据采集系统，包括依次电连接的PC机、数据传输电路、FPGA控制及数据预处理电路、雷达发射波形控制电路、雷达射频前端电路、信号采集电路和时钟源电路；FPGA控制及数据预处理电路还分别与信号采集电路和时钟源电路电连接；雷达发射波形控制电路还与信号采集电路电连接。本实用新型采用FPGA控制及数据预处理电路，使得毫米波雷达波形控制以及数据采集功能集成在同一个系统中，可使系统结构简单，有利于系统小型化，也便于对波形进行指令控制和对波形质量进行分析、优化，从而可以提高毫米波雷达发射波形质量；同时利用PC机对系统总体控制及并对采集数据进行存储，有利于用户自定义波形调制方式及数据存储格式。

Description

一种毫米波雷达控制及数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及毫米波技术领域，特别是涉及一种毫米波雷达控制及数据采集系统。

背景技术

毫米波雷达可以全天时全天候探测目标，且波长小，有利于天线尺寸的小型化，在交通、安防等领域具有很好的应用前景。小型化毫米波雷达功耗低，体积尺寸小，易于携带，因此在室内雷达教学演示、室外雷达试验、雷达算法研究的数据获取等方面具有很好的应用前景。然而，现有大部分毫米波雷达系统没有数据采集传输系统，或者采集设备与雷达系统分置，体积较大，且通常不能同时钟源，导致采集数据脉冲间无法对齐，进而导致数据质量低，不利于离线处理和算法研究。

实用新型内容

本实用新型提供了一种毫米波雷达控制及数据采集系统，解决了现有技术中雷达处理系统体积尺寸大、功耗高、性能不稳定、操作复杂等的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种毫米波雷达控制及数据采集系统，包括依次电连接的PC机、数据传输电路、FPGA控制及数据预处理电路、雷达发射波形控制电路、雷达射频前端电路、信号采集电路和时钟源电路；

所述FPGA控制及数据预处理电路还分别与所述信号采集电路和所述时钟源电路电连接；

所述雷达发射波形控制电路还与所述信号采集电路电连接。

本实用新型的有益效果是：FPGA控制及数据预处理电路的使用，使得毫米波雷达波形控制以及数据采集功能集成在同一个系统中，可使系统结构简单，有利于系统小型化，也便于对波形进行指令控制和对波形质量进行分析、优化，从而可以提高毫米波雷达发射波形质量；同时利用PC机对系统总体控制及并对采集数据进行存储，有利于用户自定义波形调制方式及数据存储格式。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述FPGA控制及数据预处理电路包括相互电连接的FPGA处理芯片和DDR3存储芯片；

所述FPGA处理芯片还分别与所述雷达发射波形控制电路、所述信号采集电路、所述时钟源电路和所述数据传输电路电连接。

本实用新型的进一步有益效果：DDR3存储芯片实时预存储FPGA处理芯片接收到的采集数据，FPGA处理芯片预处理DDR3存储芯片中存储的数据，并将预处理后的数据发送给数据传输电路，此时清除DDR3存储芯片中的被FPGA处理芯片预处理的数据。两个芯片分工明确，同时减轻用户数据处理的负担，保证了系统数据处理的实时性，具有体积尺寸小、功耗低、数据传输接口丰富、性能稳定等特点。

进一步，所述雷达射频前端电路包括：依次电连接的发射波形产生电路、收发天线和混频滤波电路；

所述发射波形产生电路还分别与所述雷达发射波形控制电路和所述信号采集电路电连接；

所述混频滤波电路还与所述信号采集电路电连接。

本实用新型的进一步有益效果：发射波形产生电路用于将雷达发射波形控制电路产生的符合FPGA控制及数据预处理电路要求的波形转换为更为细致的波形，并通过收发天线将发射波发射出去；混频滤波电路用于将通过收发天线接收的回波进行滤波压缩，并将压缩后的回波数据发送至信号采集电路，并由信号采集电路发送至FPGA控制及数据预处理电路进行预处理，并将预处理后的数据发送至数据传输电路，各个部分分工明确，具有体积尺寸小、功耗低、数据传输接口丰富、性能稳定等特点。

进一步，所述信号采集电路包括：分别与所述混频滤波电路、所述FPGA处理芯片和所述时钟源电路电连接的四通道基带信号采集电路，以及分别与所述雷达发射波形控制电路、所述FPGA处理芯片和所述时钟源电路电连接的频率调制波形采集电路。

本实用新型的进一步有益效果：四通道基带信号采集电路可以采集多维度的回波数据，实时获取被探测物体位置信心和运动信息，因此四通道基带信号采集电路可采集经混频滤波电路滤波压缩后的多维度回波数据并将其发送至FPGA处理芯片，探测精度高，另外，频率调制波形采集电路用于采集雷达发射波形控制电路产生的波形数据，并将其发送至FPGA处理芯片，两个电路分工明确，具有体积尺寸小、功耗低、数据传输接口丰富、性能稳定等特点。

进一步，所述频率调制波形采集电路还与所述发射波形产生电路电连接。

本实用新型的进一步有益效果：频率调制波形采集电路还可以采集经发射波形产生电路产生的波形数据，特别是在FPGA控制及数据预处理电路向雷达发射波形控制电路发送合格可发射指令时，雷达发射波形控制电路将其产生的波形发送至发射波形产生电路，由发射波形产生电路对雷达发射波形控制电路产生的波形进行细化处理后，一方面通过收发天线向外发射，另一方面经频率调制波形采集电路采集并发送至FPGA控制及数据预处理电路，由FPGA控制及数据预处理电路监控该发射波形产生电路细化处理后的波形是否符合规定，使得本系统探测精度高，性能稳定。

进一步，所述四通道基带信号采集电路包括两个第一AD芯片以及分别与所述两个第一AD芯片电连接的第一阻容保护电路；每个所述第一AD芯片均含有两路基带信号采集输出端口和两路基带信号采集输入端口，四路所述基带信号采集输出端口均与所述FPGA处理芯片电连接，四路所述基带信号采集输入端口均与所述混频滤波电路电连接；所述频率调制波形采集电路包括第二AD芯片以及与所述第二AD芯片电连接的第二阻容保护电路，所述第二AD芯片分别与所述雷达发射波形控制电路和所述FPGA处理芯片电连接。

进一步，所述时钟源电路包括信号采集时钟源电路和信号处理时钟源电路；

所述信号采集时钟源电路分别与所述四通道基带信号采集电路和所述频率调制波形采集电路电连接；

所述信号处理时钟源电路与所述FPGA处理芯片电连接。

本实用新型的进一步有益效果：通过设置信号采集时钟源电路和信号处理时钟源电路，使得四通道基带信号采集电路、频率调制波形采集电路和FPGA处理芯片按照预设的时钟位置进行工作，保证了探测精度、探测效率以及系统的处理实时性。

进一步，所述FPGA处理芯片的型号为XC7K325T，所述DDR3存储芯片的型号为MT41K256M16HA-125IT:E，所述收发天线为微带式天线。

进一步，所述数据传输电路包括：RS-232接口和/或USB接口；

所述RS-232接口通过MAX3221电平转换芯片与所述FPGA处理芯片电连接；

所述USB2.0接口通过USB2.0协议接口芯片CY7C68013A与所述FPGA处理芯片电连接。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种毫米波雷达控制及数据采集系统的示意性结构框图；

图2为本实用新型另一实施例提供的一种毫米波雷达控制及数据采集系统的示意性结构框图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种毫米波雷达控制及数据采集系统的示意性结构框图；

图4为本实用新型另一实施例提供的一种毫米波雷达控制及数据采集系统的示意性结构框图；

图5为本实用新型另一实施例提供的一种毫米波雷达控制及数据采集系统的示意性结构框图。

附图中，各标号所代表的元件列表如下：

1、PC机，2、数据传输电路，3、FPGA控制及数据预处理电路，31、FPGA处理芯片，32、DDR3存储芯片，4、雷达发射波形控制电路，5、雷达射频前端电路，51、收发天线，52、发射波形产生电路，53、混频滤波电路，6、信号采集电路，61、四通道基带信号采集电路，62频率调制波形采集电路，7、时钟源电路，71、信号采集时钟源电路，72、信号处理时钟源电路，8、供电电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例一

一种毫米波雷达控制及数据采集系统，如图1所示，包括依次电连接的PC机1、数据传输电路2、FPGA控制及数据预处理电路3、雷达发射波形控制电路4、雷达射频前端电路5、信号采集电路6和时钟源电路7。其中，

FPGA控制及数据预处理电路还分别与信号采集电路和时钟源电路电连接；雷达发射波形控制电路还与信号采集电路电连接。

当需要发射雷达波时，FPGA控制及数据预处理电路向雷达发射波形控制电路发送发射指令，雷达发射波形控制电路根据该指令产生相应的雷达波(波形包括方波脉冲串、三角调频连续波、锯齿调频连续波、调频编码波形)并将该雷达波发送至信号采集电路(或者说是信号采集电路采集雷达发射波形控制电路产生的雷达波)，信号采集电路将该雷达波发送至FPGA控制及数据预处理电路，FPGA控制及数据预处理电路将该雷达波进行分析，分析信号采集电路采集的频率调制波形，对波形质量进行评判，并根据评判结果发送波形修正指令给雷达发射波形控制模块进行波形修正，若波形符合预设符合要求，向雷达发射波形控制电路发送可发射的指令，雷达发射波形控制电路根据该指令产生相应波形并发送至雷达射频前端电路，由发射前端电路进行并发射发射。

当需要接收回波时，FPGA控制及数据预处理电路控制雷达射频前端电路接收回波，并经过信号采集电路采集雷达射频前端电路接收的回波，FPGA控制及数据预处理电路对该回波进行预处理(例如压缩，将回波大小压缩)，并将预处理后的回波数据发送至数据传输电路，由数据传输电路发送至用户终端(PC机)。

FPGA控制及数据预处理电路的使用，使得毫米波雷达波形控制以及数据采集功能集成在同一个系统中，可使系统结构简单，有利于系统小型化，也便于对波形进行指令控制和对波形质量进行分析、优化，从而可以提高毫米波雷达发射波形质量；同时利用PC机对系统总体控制及并对采集数据进行存储，有利于用户自定义波形调制方式及数据存储格式。

需要说明的是，雷达发射波形控制电路可产生多种波形控制码，控制雷达射频前端电路发射多种波形。需要说明的是，FPGA控制及数据预处理电路控制雷达射频前端电路的电源，以控制雷达射频前端电路的开启和关闭。

实施例二

在实施例一的基础上，如图2所示，FPGA控制及数据预处理电路3包括相互电连接的FPGA处理芯片31和DDR3存储芯片32。其中，

FPGA处理芯片还分别与雷达发射波形控制电路、信号采集电路、时钟源电路和数据传输电路电连接。

需要说明的是，由于FPGA处理芯片数据处理速度有限，因此，DDR3存储芯片有两片DDR3乒乓操作，即FPGA处理芯片将采集的数据放到第一片DDR3中，同时处理第二片DDR3中的数据，由FPGA处理芯片预处理后发送给DSP数据处理及分发电路，然后FPGA处理芯片接着处理第一片DDR3中的数据，同时将采集的数据放到第二片中，如此反复。

DDR3存储芯片实时预存储FPGA处理芯片接收到的采集数据，FPGA处理芯片预处理DDR3存储芯片中存储的数据，并将预处理后的数据发送给数据传输电路，此时清除DDR3存储芯片中的被FPGA处理芯片预处理的数据。两个芯片分工明确，同时减用户数据处理负担，比较人性化，同时保证了系统数据处理的实时性，具有体积尺寸小、功耗低、数据传输接口丰富、性能稳定等特点。

实施例三

在实施例二的基础上，如图3所示，雷达射频前端电路5包括：依次电连接的发射波形产生电路52、收发天线51和混频滤波电路53。其中，

发射波形产生电路还分别与雷达发射波形控制电路和信号采集电路电连接；混频滤波电路还与信号采集电路电连接。

发射波形产生电路用于将雷达发射波形控制电路产生的符合FPGA控制及数据预处理电路要求的波形转换为更为细致的波形，并通过收发天线将发射波发射出去；混频滤波电路用于将通过收发天线接收的回波进行滤波压缩，并将压缩后的回波数据发送至信号采集电路，并由信号采集电路发送至FPGA控制及数据预处理电路进行预处理，并将预处理后的数据发送至数据传输电路，各个部分分工明确，具有体积尺寸小、功耗低、数据传输接口丰富、性能稳定等特点。

实施例四

在实施例五的基础上，如图4所示，信号采集电路6包括：分别与混频滤波电路、FPGA处理芯片和时钟源电路电连接的四通道基带信号采集电路61，以及分别与雷达发射波形控制电路、FPGA处理芯片和时钟源电路电连接的频率调制波形采集电路62。

四通道基带信号采集电路可以采集多维度的回波数据，实时获取被探测物体位置信心和运动信息，因此四通道基带信号采集电路可采集经混频滤波电路滤波压缩后的多维度回波数据并将其发送至FPGA处理芯片，探测精度高，另外，频率调制波形采集电路用于采集雷达发射波形控制电路产生的波形数据，并将其发送至FPGA处理芯片，两个电路分工明确，具有体积尺寸小、功耗低、数据传输接口丰富、性能稳定等特点。

实施例五

在实施例六的基础上，如图4所示，频率调制波形采集电路还与发射波形产生电路电连接。

频率调制波形采集电路还可以采集经发射波形产生电路产生的波形数据，特别是在FPGA控制及数据预处理电路向雷达发射波形控制电路发送合格可发射指令时，雷达发射波形控制电路将其产生的波形发送至发射波形产生电路，由发射波形产生电路对雷达发射波形控制电路产生的波形进行细化处理后，一方面通过收发天线向外发射，另一方面经频率调制波形采集电路采集并发送至FPGA控制及数据预处理电路，由FPGA控制及数据预处理电路监控该发射波形产生电路细化处理后的波形是否符合规定，使得本系统探测精度高，性能稳定。

实施例六

在实施例四或实施例五的基础上，四通道基带信号采集电路包括两个第一AD芯片以及分别与两个第一AD芯片电连接的第一阻容保护电路；每个第一AD芯片均含有两路基带信号采集输出端口和两路基带信号采集输入端口，四路基带信号采集输出端口均与FPGA处理芯片电连接，四路基带信号采集输入端口均与混频滤波电路电连接；频率调制波形采集电路包括第二AD芯片以及与第二AD芯片电连接的第二阻容保护电路，第二AD芯片分别与雷达发射波形控制电路和FPGA处理芯片电连接。

实施例七

在实施例四至实施例六任一实施例的基础上，如图5所示，时钟源电路7包括信号采集时钟源电路71和信号处理时钟源电路72。其中，

信号采集时钟源电路分别与四通道基带信号采集电路和频率调制波形采集电路电连接；信号处理时钟源电路与FPGA处理芯片电连接。

通过设置信号采集时钟源电路和信号处理时钟源电路，使得四通道基带信号采集电路、频率调制波形采集电路和FPGA处理芯片按照预设的时钟位置进行工作，保证了探测精度、探测效率以及系统的处理实时性。

实施例八

在实施例二至实施例七任一实施例的基础上，FPGA处理芯片的型号为XC7K325T，DDR3存储芯片的型号为MT41K256M16HA-125IT:E，收发天线为微带式天线。

实施例九

在实施例二至实施例八任一实施例的基础上，数据传输电路包括：RS-232接口和/或USB接口。其中，

RS-232接口通过MAX3221电平转换芯片与FPGA处理芯片电连接；USB2.0接口通过USB2.0协议接口芯片CY7C68013A与FPGA处理芯片电连接。

需要说明的是，FPGA控制及数据预处理电路控制雷达射频前端电路的电源，以控制雷达射频前端电路的开启和关闭。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，包括依次电连接的PC机(1)、数据传输电路(2)、FPGA控制及数据预处理电路(3)、雷达发射波形控制电路(4)、雷达射频前端电路(5)、信号采集电路(6)和时钟源电路(7)；

所述FPGA控制及数据预处理电路(3)还分别与所述信号采集电路(6)和所述时钟源电路(7)电连接；

所述雷达发射波形控制电路(4)还与所述信号采集电路(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述FPGA控制及数据预处理电路(3)包括相互电连接的FPGA处理芯片(31)和DDR3存储芯片(32)；

所述FPGA处理芯片(31)还分别与所述雷达发射波形控制电路(4)、所述信号采集电路(6)、所述时钟源电路(7)和所述数据传输电路(2)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述雷达射频前端电路(5)包括：依次电连接的发射波形产生电路(52)、收发天线(51)和混频滤波电路(53)；

所述发射波形产生电路(52)还分别与所述雷达发射波形控制电路(4)和所述信号采集电路(6)电连接；

所述混频滤波电路(53)还与所述信号采集电路(6)电连接。

4.根据权利要求3所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述信号采集电路(6)包括：分别与所述混频滤波电路(53)、所述FPGA处理芯片(31)和所述时钟源电路(7)电连接的四通道基带信号采集电路(61)，以及分别与所述雷达发射波形控制电路(4)、所述FPGA处理芯片(31)和所述时钟源电路(7)电连接的频率调制波形采集电路(62)。

5.根据权利要求4所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述频率调制波形采集电路(62)还与所述发射波形产生电路(52)电连接。

6.根据权利要求4或5所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述四通道基带信号采集电路(61)包括两个第一AD芯片以及分别与所述两个第一AD芯片电连接的第一阻容保护电路；每个所述第一AD芯片均含有两路基带信号采集输出端口和两路基带信号采集输入端口，四路所述基带信号采集输出端口均与所述FPGA处理芯片(31)电连接，四路所述基带信号采集输入端口均与所述混频滤波电路(53)电连接；所述频率调制波形采集电路(62)包括第二AD芯片以及与所述第二AD芯片电连接的第二阻容保护电路，所述第二AD芯片分别与所述雷达发射波形控制电路(4)和所述FPGA处理芯片(31)电连接。

7.根据权利要求4或5所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述时钟源电路(7)包括信号采集时钟源电路(71)和信号处理时钟源电路(72)；

所述信号采集时钟源电路(71)分别与所述四通道基带信号采集电路(61)和所述频率调制波形采集电路(62)电连接；

所述信号处理时钟源电路(72)与所述FPGA处理芯片(31)电连接。

8.根据权利要求7所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述FPGA处理芯片(31)的型号为XC7K325T，所述DDR3存储芯片(32)的型号为MT41K256M16HA-125IT:E，所述收发天线(51)为微带式天线。

9.根据权利要求7所述的一种毫米波雷达控制及数据采集系统，其特征在于，所述数据传输电路(2)包括：RS-232接口和/或USB接口；

所述RS-232接口通过MAX3221电平转换芯片与所述FPGA处理芯片(31)电连接；

所述USB接口通过USB2.0协议接口芯片CY7C68013A与所述FPGA处理芯片(31)电连接。