基于的汽车防撞雷达系统的实现
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Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ Ｒａｄａｒ Ｂａｓｅｄ
ＣＨＥＮ
ＤＳＰ
Ｈａｌ－ｎｉａｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈａｏ—ｚｈａｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｐｉｎ，ＪＩＡＮＧ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｚｉ－ｑｉｎｇ
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ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
ｍ’运算，得到输入信号的频谱和中频频率ｐｊ。再根据式（１）和
式（２）计算出前方目标的距离和速度，目标的距离和速度通过８ 个七段数码管实时显示。一旦系统检测到危险目标，便会通过 蜂鸣器以及发光二极管进行声光报警。闪存用来存放信号处理 主程序代码，当信号处理机脱机运行时，主程序代码能够在系统 加电后自动装载到ＤＳＰ片内ＲＡＭ中运行。
片内高速ＲＡＭ中执行ＨＪ。为满足各种系统要求，ＶＣ５４０２提供 了多种引导模式，如：ＨＰＩ口、并行口、标准串行口、通用Ｉ／Ｏ口。 当引导装载程序启动后，它会依序执行一系列的检查，直至找 到某一有效的引导模式，然后以该模式对用户程序代码进行引 导装载。 并行引导模式是一种较为常用的模式，系统即采用的８位 并行引导模式，用户只需将引导表的起始地址４０００ｈ放到数据
０引言 随着智能交通系统在全球的兴起，汽车主动避撞系统作为 智能交通系统智能车辆子系统的重要研究内容，获得了广泛的 关注。按测量介质不同，车用雷达分为超声波雷达、红外雷达、 激光雷达以及毫米波雷达。毫米波雷达具有以上其他形式所 不具备的优点，已逐渐成为研究热点，其研究始于２０世纪６０ 年代，目前被广泛应用于车辆主动防撞系统。美国、日本和欧 洲多家著名汽车公司投入巨额资金，先后研制成功了２４
ＤＳＰ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｔｗｏ ｍｉｘｅｄ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅｓ ａｎｄ ＬＭＳ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｒａｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｏｐｅｒ－
ａｆｉｏｎ
ｃａｎ
ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ｉｓ ｒｅｅｄｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｌａｒｍ ｗｈｅｎ ｆｉｎｄｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ．Ｉｔ ｔｈｅ
万方数据
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｍａｔ．２００９
空间高位地址ＦＦＦＥＨ和ＦＦＦＦＨ中，这样从数据空间ＦＦＦＥＨ和 ＦＦＦＦＨ处读取引导表的起始地址低８位和高８位地址： ０８ＡＡＨ，便可进人数据空间的８位并行引导模式，将ＥＰＲＯＭ中 的程序装到片内ＲＡＭ中，装载完毕后，立即转移到目的地址执 行应用程序。引导表放在数据空间的４０００８一ＦＦＦＦＨ段内，其 内容包括：程序存放的目标首地址；程序执行的入口地址；应用 程序代码及其程序块长度。 ３．２应用程序的设计 应用程序采用在Ｃ语言和汇编语言混合编程的方法，即在 算法运算量大的地方，用手工编写的方法编写汇编语言，而运 算量不大的地方则采用高级语言。采用这种方法，既可缩短软 件开发的周期，提高程序的可读性和可移植性，又能满足系统 实时运算的要求，同时还会充分发挥ＤＳＰ快速的运算功能又利 用了Ｃ语言的灵活控制流程优势。ＤＳＰ需要完成的主要任务 有：（１）启动Ａ／Ｄ转换并读取转换后的数据；（２）目标提取，包 括数据预处理（杂波滤除、时域加窗）、功率谱估计、谱峰搜索、 危险目标确定。 软件的工作流程如图４所示。系统首先初始化，对有关的 寄存器和存储单元进行设置，使系统处于正常工作状态，然后 进行数据采集、Ａ／Ｄ转换，将采样数据目的地址指针初始化为 ２０００Ｈ，采样中断服务子程序每读取一个采样值，该地址指针就 自动加１，指向下一个采样数据存储单元。计数器被始化为 ４００Ｈ，中断服务子程序每执行一次，计数器的值就减１，当计数 器的值减为０时，中断服务例程执行了１ ０２４次，得到８×１０３ 个采样值，存放在数据存储空间２０００Ｈ一３ＦＦＦＨ中。此后 ＴＨＳｌ２０６的采样时钟信号关闭，停止工作。接下来主程序开始 对采样数据进行ＬＭＳ自适应滤波和ＦＦｒ计算，并从中找到最 大谱线强度所对应的频率，把它视为中频频率，由此计算出目 标距离和速度；判断距离值是否在安全距离，若小于安全距离 值，则进行报警。利用ＤＳＰ片内定时器ｌ的定时功能，可以使 程序每隔５０ ｎ１８就进行１次从数据采样到距离速度显示的循环 执行，从而实现距离与速度的实时获取。
辆以不同距离不同速度进行了探测，所得数据如表ｌ所示。数 据表明：系统可以获得较为满意的结果，满足了其对准确和实 时性的要求。
图４接收的混频后的时域中频信号
９００ ８００ ７００ ６００
糊５００
馨４００
３００ ２００ １００ ０ ０ ５ １．０ １．５ ２ＩＪ ２ｊ；｛．１Ｊ：ｊ．ｊ ４．０ ４．５
山－‘－“ｊ
２００９焦 第３期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
２００９
Ｎｏ．３
ａｎｄ
Ｓｅｎｓｏｒ
基于ＤＳＰ的汽车防撞雷达系统的实现
陈海宁，陈照章，梁品，姜子晴
（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江２１２０１３） 摘要：讨论了一种基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２ ＤＳＰ芯片的汽车防撞雷达系统，阐述了系统的工作原理、硬件结构和软件流 程，该系统以毫米波雷达作为前端数据收发模块，定点ＤＳＰ芯片为数据处理核心，采用混合语言编程及ＬＭＳ算法，有效地 提高了系统的运算速度与探测精度，及时准确地发现道路前方潜在的危险目标并进行报警。实验数据表明：该系统工作 稳定可靠，可以有效降低交通事故发生率，满足汽车防撞雷达系统的实时性准确性要求。 关键词：ＤＳＰ；汽车防撞；毫米波雷达 中图分类号：ＴＮ９１ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２００９）０３—００８４—０３
ｒｒｄｓ．
１
．嘣ｔｔ。
Ｊ
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ＳＩ
极高的定点ＤＳＰ芯片，该芯片具有运算速度快、低功耗、体积 小、开发方便等特点，这也是系统选择它作为汽车防撞雷达数
田２车辆刹车过程中两车运动状况示意圈
字信号处理器的主要原因。 汽车防撞系统的总体硬件框架如图３所示。所选ＤＳＰ芯片 的内核电压为１．８ Ｖ，Ｉ／Ｏ引脚电压为３．３ Ｖ，输入的模拟信号来 自于前端线性调频雷达的中频放大器的输出。由低噪声宽带运 算放大器ＴＨＳ４０２２构成的电平移位电路将输入信号的电平搬移 到＋１．５一＋３．５ Ｖ，以满足ＡＤＣ芯片ＴＨＳｌ２０６对输入信号电平 范围的要求。ＴＨＳｌ２０６以２ ＭＨｚ的频率对中频信号采样，Ａ／Ｄ 转换后的数据被ＶＣ５４０２接收。ＶＣ５４０２对采样数据进行２０４８点
（４）视角：包括方位角和高低角。一般方位角为９一１２，高 低角则取３左右。 （５）测量的动态范围：雷达必须有足够的动态范围，以保证
一１
７、．
［］
ｎ×ｔｔ
Ｃ
［
ｔ２。
对大小目标都能识别。 （６）分辨率：径向距离分辨率达到Ｉ ｒｆｌ即可。 （７）可测相对速度范围：０～４０ ２．２处理器及其外设 数据处理部分采用了１ＭＳ３２０ＶＣ５４０２ ＤＳＰ，是一款性价比
图３汽车防擅系统的总体硬件框图
３软件设计 ３．１并行引导的设计 系统软件主要包括引导程序和应用程序２部分。ＶＣ５４０２ 上电复位后，若ＭＰ／ＭＣ为高电平，从外部程序存储器ＯＦＦＳＯＨ 起执行用户程序。若ＭＷＭＣ为低电平，从片内ＲＯＭ的 ０ＦＦＳＯＨ起执行程序，选择自举引导方式，引导程序Ｂｏｏｔ ｌｏａｄｅｒ 用于在ＤＳＰ上电复位时将应用程序从外部扩展存储器加载到
．２
ｓ０＝口．ｔＩ一乞
（３）
由于路况比较复杂，ａ需要根据具体路况来确定，可由查表
万方数据
第３期
陈海宁等：基于ＤＳＰ的汽车防撞雷达系统的实现 则。一般为ｌ一２００
ｍ．
８５
ຫໍສະໝຸດ Baidu
得到。只要得到了本车与目标间的相对距离Ｒ与相对速度∥，
应用式（３）求出临界距离Ｓ０，并与Ｒ进行比较：若Ｒ＜Ｓｏ时就报
警，提醒司机刹车，反之则正常行驶。 √１ （）
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ｌｏｗｅｒ
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ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｅｅ；ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ ｒａｄａｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２．Ｉｔ
ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ ｒａｄａｒ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔｈｅ ｓｉｇｕａｌ，
ＧＨｚ，
圈１冒达模块框图
６０ ＧＨｚ，７６．５ ＧＨｚ ３种频率的汽车防撞毫米波雷达系统。其中
在车之间的相对距离和相对速度【２ｊ：
德国在该领域的研究处于领先地位，已经获得了实用化的研究 成果。国内对汽车主动避撞系统的研究起步较晚，目前仍处于 研究阶段ｏｌ Ｊ。 １车载雷达防撞系统的工作原理 系统主要是以毫米波雷达作为数据收发模块，定点ＤＳＰ芯 片ＴＭｓ３２０ＶＣ５４０２为核心进行信号处理，进而测距、测速，达到 实时监测前方车辆的目的，当前方有停止或慢行车辆时，及时 发现前方潜在危险目标，并及时报警以提醒驾驶员做出相应的 处理动作。图１为雷达模块框图。 其基本原理是信号的瞬时频率随时间线性变换，当前面有 运动目标时反射回来的信号就含有目标相对距离和相对速度 的信息，将发射信号和反射信号进行混频得到个中频信号，设 为＾一和五＋（系统所要检测的信号），ｒ为扫频周期，ｃ为光速，Ｂ 为频带宽度，Ａ为毫米波雷达波长，Ｒ和。分别为目标与系统所
２硬件设计 ２．１防撞雷达的设计 系统数据收发部分选用了线性频率调制连续波雷达 （ＬＦＭＣＷ），它调制简单且价格低廉，可以全天候工作，不受天 气状况（如雨、雪、雾）的影响，且具有探测距离远、运行可靠等 特点，便于汽车安装，故作为目前国内外车用防撞雷达的普遍 选择方式。其主要指标如下： （１）天线：尺寸要小、成本要低、性能要高，还要便于安装和 使用。 （２）工作频率：频率越高，目标的反射效果会越好，但会造 成信号穿透力的减弱，测距范围的降低，及器件成本的增大。 系统所采用的毫米波雷达的中心频率为３５ ＧＨｚ． （３）作用距离：以保证车制动时两车不发生追尾碰撞为原
收稿日期：２００８一Ｏｌ一０９收修改稿日期：２００８—１２－２３
Ｒ＝。ｃｒ６・譬笋
口＝｝・魄＋一五一）
（１） （２）
图２为车辆刹车过程中两车运动状况示意图，矩形框表示 雷达所在车辆；八角形表示目标车辆；口．表示本车未刹车前的 速度；”：表示目标速度，ｔ。表示刹车延时，它通常由２部分组 成：由报警开始到刹车制动有效延时的时间；司机本身的反应 时间；根据统计，ｔｌ一般为０．６～２ ｓ．ｔ：表示刹车制动时间，即从 刹车制动开始到两车间相对速度为０所经历的时间。％为开 始刹车前本车与目标之间的距离（临界距离）。ｓ。为从开始报 警到与目标到达同一地点所经过的距离。ｓ：为目标从开始报 警到两者到达同一地点之间的距离。该车的最大减速度口，由 运动学规律可得
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采样点数／ｌｉｐ
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图５样机处理后的中频信号频谱
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系统实测数据与实际数据的对比
实际相对速 误差
／％
序测量距离实际距离误差测量相对速 号
／ｍ ／ｍ
／％度／（ｍ・ｓ’１）度／（ｍ・８—１）
５结束语 系统是以毫米波雷达作为数据收发模块，定点ＤＳＰ芯片 ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２为核心，其设计综合考虑了经济实用性及容易 实现等因素。通过对系统的实车实验表明：该系统可以快速、 精确地检测前方车辆信息，及时发现危险目标做出警报，以提 醒驾驶员做出相应动作，为汽车防撞雷达的发展打下了良好的 基础，具有一定的理论意义和应用价值。 参考文献： ［１］
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ Ｒａｄａｒ Ｂａｓｅｄ
ＣＨＥＮ
ＤＳＰ
Ｈａｌ－ｎｉａｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈａｏ—ｚｈａｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｐｉｎ，ＪＩＡＮＧ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｚｉ－ｑｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
ｍ’运算，得到输入信号的频谱和中频频率ｐｊ。再根据式（１）和
式（２）计算出前方目标的距离和速度，目标的距离和速度通过８ 个七段数码管实时显示。一旦系统检测到危险目标，便会通过 蜂鸣器以及发光二极管进行声光报警。闪存用来存放信号处理 主程序代码，当信号处理机脱机运行时，主程序代码能够在系统 加电后自动装载到ＤＳＰ片内ＲＡＭ中运行。
片内高速ＲＡＭ中执行ＨＪ。为满足各种系统要求，ＶＣ５４０２提供 了多种引导模式，如：ＨＰＩ口、并行口、标准串行口、通用Ｉ／Ｏ口。 当引导装载程序启动后，它会依序执行一系列的检查，直至找 到某一有效的引导模式，然后以该模式对用户程序代码进行引 导装载。 并行引导模式是一种较为常用的模式，系统即采用的８位 并行引导模式，用户只需将引导表的起始地址４０００ｈ放到数据
０引言 随着智能交通系统在全球的兴起，汽车主动避撞系统作为 智能交通系统智能车辆子系统的重要研究内容，获得了广泛的 关注。按测量介质不同，车用雷达分为超声波雷达、红外雷达、 激光雷达以及毫米波雷达。毫米波雷达具有以上其他形式所 不具备的优点，已逐渐成为研究热点，其研究始于２０世纪６０ 年代，目前被广泛应用于车辆主动防撞系统。美国、日本和欧 洲多家著名汽车公司投入巨额资金，先后研制成功了２４
ＤＳＰ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｔｗｏ ｍｉｘｅｄ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅｓ ａｎｄ ＬＭＳ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｒａｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｏｐｅｒ－
ａｆｉｏｎ
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ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ｉｓ ｒｅｅｄｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｌａｒｍ ｗｈｅｎ ｆｉｎｄｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ．Ｉｔ ｔｈｅ
万方数据
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｍａｔ．２００９
空间高位地址ＦＦＦＥＨ和ＦＦＦＦＨ中，这样从数据空间ＦＦＦＥＨ和 ＦＦＦＦＨ处读取引导表的起始地址低８位和高８位地址： ０８ＡＡＨ，便可进人数据空间的８位并行引导模式，将ＥＰＲＯＭ中 的程序装到片内ＲＡＭ中，装载完毕后，立即转移到目的地址执 行应用程序。引导表放在数据空间的４０００８一ＦＦＦＦＨ段内，其 内容包括：程序存放的目标首地址；程序执行的入口地址；应用 程序代码及其程序块长度。 ３．２应用程序的设计 应用程序采用在Ｃ语言和汇编语言混合编程的方法，即在 算法运算量大的地方，用手工编写的方法编写汇编语言，而运 算量不大的地方则采用高级语言。采用这种方法，既可缩短软 件开发的周期，提高程序的可读性和可移植性，又能满足系统 实时运算的要求，同时还会充分发挥ＤＳＰ快速的运算功能又利 用了Ｃ语言的灵活控制流程优势。ＤＳＰ需要完成的主要任务 有：（１）启动Ａ／Ｄ转换并读取转换后的数据；（２）目标提取，包 括数据预处理（杂波滤除、时域加窗）、功率谱估计、谱峰搜索、 危险目标确定。 软件的工作流程如图４所示。系统首先初始化，对有关的 寄存器和存储单元进行设置，使系统处于正常工作状态，然后 进行数据采集、Ａ／Ｄ转换，将采样数据目的地址指针初始化为 ２０００Ｈ，采样中断服务子程序每读取一个采样值，该地址指针就 自动加１，指向下一个采样数据存储单元。计数器被始化为 ４００Ｈ，中断服务子程序每执行一次，计数器的值就减１，当计数 器的值减为０时，中断服务例程执行了１ ０２４次，得到８×１０３ 个采样值，存放在数据存储空间２０００Ｈ一３ＦＦＦＨ中。此后 ＴＨＳｌ２０６的采样时钟信号关闭，停止工作。接下来主程序开始 对采样数据进行ＬＭＳ自适应滤波和ＦＦｒ计算，并从中找到最 大谱线强度所对应的频率，把它视为中频频率，由此计算出目 标距离和速度；判断距离值是否在安全距离，若小于安全距离 值，则进行报警。利用ＤＳＰ片内定时器ｌ的定时功能，可以使 程序每隔５０ ｎ１８就进行１次从数据采样到距离速度显示的循环 执行，从而实现距离与速度的实时获取。
辆以不同距离不同速度进行了探测，所得数据如表ｌ所示。数 据表明：系统可以获得较为满意的结果，满足了其对准确和实 时性的要求。
图４接收的混频后的时域中频信号
９００ ８００ ７００ ６００
糊５００
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３００ ２００ １００ ０ ０ ５ １．０ １．５ ２ＩＪ ２ｊ；｛．１Ｊ：ｊ．ｊ ４．０ ４．５
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２００９焦 第３期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
２００９
Ｎｏ．３
ａｎｄ
Ｓｅｎｓｏｒ
基于ＤＳＰ的汽车防撞雷达系统的实现
陈海宁，陈照章，梁品，姜子晴
（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江２１２０１３） 摘要：讨论了一种基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２ ＤＳＰ芯片的汽车防撞雷达系统，阐述了系统的工作原理、硬件结构和软件流 程，该系统以毫米波雷达作为前端数据收发模块，定点ＤＳＰ芯片为数据处理核心，采用混合语言编程及ＬＭＳ算法，有效地 提高了系统的运算速度与探测精度，及时准确地发现道路前方潜在的危险目标并进行报警。实验数据表明：该系统工作 稳定可靠，可以有效降低交通事故发生率，满足汽车防撞雷达系统的实时性准确性要求。 关键词：ＤＳＰ；汽车防撞；毫米波雷达 中图分类号：ＴＮ９１ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２００９）０３—００８４—０３
ｒｒｄｓ．
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．嘣ｔｔ。
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极高的定点ＤＳＰ芯片，该芯片具有运算速度快、低功耗、体积 小、开发方便等特点，这也是系统选择它作为汽车防撞雷达数
田２车辆刹车过程中两车运动状况示意圈
字信号处理器的主要原因。 汽车防撞系统的总体硬件框架如图３所示。所选ＤＳＰ芯片 的内核电压为１．８ Ｖ，Ｉ／Ｏ引脚电压为３．３ Ｖ，输入的模拟信号来 自于前端线性调频雷达的中频放大器的输出。由低噪声宽带运 算放大器ＴＨＳ４０２２构成的电平移位电路将输入信号的电平搬移 到＋１．５一＋３．５ Ｖ，以满足ＡＤＣ芯片ＴＨＳｌ２０６对输入信号电平 范围的要求。ＴＨＳｌ２０６以２ ＭＨｚ的频率对中频信号采样，Ａ／Ｄ 转换后的数据被ＶＣ５４０２接收。ＶＣ５４０２对采样数据进行２０４８点
（４）视角：包括方位角和高低角。一般方位角为９一１２，高 低角则取３左右。 （５）测量的动态范围：雷达必须有足够的动态范围，以保证
一１
７、．
［］
ｎ×ｔｔ
Ｃ
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ｔ２。
对大小目标都能识别。 （６）分辨率：径向距离分辨率达到Ｉ ｒｆｌ即可。 （７）可测相对速度范围：０～４０ ２．２处理器及其外设 数据处理部分采用了１ＭＳ３２０ＶＣ５４０２ ＤＳＰ，是一款性价比
图３汽车防擅系统的总体硬件框图
３软件设计 ３．１并行引导的设计 系统软件主要包括引导程序和应用程序２部分。ＶＣ５４０２ 上电复位后，若ＭＰ／ＭＣ为高电平，从外部程序存储器ＯＦＦＳＯＨ 起执行用户程序。若ＭＷＭＣ为低电平，从片内ＲＯＭ的 ０ＦＦＳＯＨ起执行程序，选择自举引导方式，引导程序Ｂｏｏｔ ｌｏａｄｅｒ 用于在ＤＳＰ上电复位时将应用程序从外部扩展存储器加载到
．２
ｓ０＝口．ｔＩ一乞
（３）
由于路况比较复杂，ａ需要根据具体路况来确定，可由查表
万方数据
第３期
陈海宁等：基于ＤＳＰ的汽车防撞雷达系统的实现 则。一般为ｌ一２００
ｍ．
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
得到。只要得到了本车与目标间的相对距离Ｒ与相对速度∥，
应用式（３）求出临界距离Ｓ０，并与Ｒ进行比较：若Ｒ＜Ｓｏ时就报
警，提醒司机刹车，反之则正常行驶。 √１ （）
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ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｅｅ；ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ ｒａｄａｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｂａｓｅｄ
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ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ ｒａｄａｒ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔｈｅ ｓｉｇｕａｌ，
ＧＨｚ，
圈１冒达模块框图
６０ ＧＨｚ，７６．５ ＧＨｚ ３种频率的汽车防撞毫米波雷达系统。其中
在车之间的相对距离和相对速度【２ｊ：
德国在该领域的研究处于领先地位，已经获得了实用化的研究 成果。国内对汽车主动避撞系统的研究起步较晚，目前仍处于 研究阶段ｏｌ Ｊ。 １车载雷达防撞系统的工作原理 系统主要是以毫米波雷达作为数据收发模块，定点ＤＳＰ芯 片ＴＭｓ３２０ＶＣ５４０２为核心进行信号处理，进而测距、测速，达到 实时监测前方车辆的目的，当前方有停止或慢行车辆时，及时 发现前方潜在危险目标，并及时报警以提醒驾驶员做出相应的 处理动作。图１为雷达模块框图。 其基本原理是信号的瞬时频率随时间线性变换，当前面有 运动目标时反射回来的信号就含有目标相对距离和相对速度 的信息，将发射信号和反射信号进行混频得到个中频信号，设 为＾一和五＋（系统所要检测的信号），ｒ为扫频周期，ｃ为光速，Ｂ 为频带宽度，Ａ为毫米波雷达波长，Ｒ和。分别为目标与系统所
２硬件设计 ２．１防撞雷达的设计 系统数据收发部分选用了线性频率调制连续波雷达 （ＬＦＭＣＷ），它调制简单且价格低廉，可以全天候工作，不受天 气状况（如雨、雪、雾）的影响，且具有探测距离远、运行可靠等 特点，便于汽车安装，故作为目前国内外车用防撞雷达的普遍 选择方式。其主要指标如下： （１）天线：尺寸要小、成本要低、性能要高，还要便于安装和 使用。 （２）工作频率：频率越高，目标的反射效果会越好，但会造 成信号穿透力的减弱，测距范围的降低，及器件成本的增大。 系统所采用的毫米波雷达的中心频率为３５ ＧＨｚ． （３）作用距离：以保证车制动时两车不发生追尾碰撞为原
收稿日期：２００８一Ｏｌ一０９收修改稿日期：２００８—１２－２３
Ｒ＝。ｃｒ６・譬笋
口＝｝・魄＋一五一）
（１） （２）
图２为车辆刹车过程中两车运动状况示意图，矩形框表示 雷达所在车辆；八角形表示目标车辆；口．表示本车未刹车前的 速度；”：表示目标速度，ｔ。表示刹车延时，它通常由２部分组 成：由报警开始到刹车制动有效延时的时间；司机本身的反应 时间；根据统计，ｔｌ一般为０．６～２ ｓ．ｔ：表示刹车制动时间，即从 刹车制动开始到两车间相对速度为０所经历的时间。％为开 始刹车前本车与目标之间的距离（临界距离）。ｓ。为从开始报 警到与目标到达同一地点所经过的距离。ｓ：为目标从开始报 警到两者到达同一地点之间的距离。该车的最大减速度口，由 运动学规律可得
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采样点数／ｌｉｐ
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图５样机处理后的中频信号频谱
表ｌ
系统实测数据与实际数据的对比
实际相对速 误差
／％
序测量距离实际距离误差测量相对速 号
／ｍ ／ｍ
／％度／（ｍ・ｓ’１）度／（ｍ・８—１）
５结束语 系统是以毫米波雷达作为数据收发模块，定点ＤＳＰ芯片 ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２为核心，其设计综合考虑了经济实用性及容易 实现等因素。通过对系统的实车实验表明：该系统可以快速、 精确地检测前方车辆信息，及时发现危险目标做出警报，以提 醒驾驶员做出相应动作，为汽车防撞雷达的发展打下了良好的 基础，具有一定的理论意义和应用价值。 参考文献： ［１］