基于DSP的毫米波汽车防撞雷达系统(1)

恶劣环境。毫米波雷达按波的形式可分为脉冲波和连续波。 以脉冲波为基础的脉冲雷达一般发射宽度非常短的脉冲， 接 收 电 路 的 时 间 分 辨 率 要 求 高 ， 采 样 电 路 复 杂 。而 基 于 步 进 调 频 编 码 的 调 频 连 续 波 ＦＭＣＷ 结 构 简 单 ， 成 本 低 ， 适 合 近 距 离探测。
式中 Ｒ 为目标距离， Ｃ 为光速 根据多谱勒效应原理， 当发射物体和反射物体相对运动 时， 将产生频移． 发射信号与回波信号混频后输出的差拍信号为：
则计算目标的距离和速度为：
式 中 ： ΔＦ 为 发 射 波 带 宽 ， ｆ０ 为 发 射 波 中 心 频 率
３．２ 系统硬件原理
技
系统硬件设计采用主从处理器结构， 主处理器采用数字
毫米波雷达其基本原理可描述为： 天线向外发射频率随 时间线性变化的电磁波， 若前方有目标时反射回波， 将发射波 信号和回波信号进行混频， 从混频器输出得到的频谱信号中 提取包含目标相对距离和相对速度的信息。
不能满足汽车防护的要求。超声波同样受大气紊流和气涡的
黄艳国： 讲师 基金项目： 江西省自然科学基金项目（ 基于多智能体的城 市交通协调控制理论及应用研究 ＮＯ．０５１１０３０） 颁发部门： 江西省自然科学基金委员会
３ 基 于 ＤＳＰ 的 毫 米 波 雷 达 用汽车雷达及时检测前方存在
３．１ 毫 米 ＦＭＣＷ 波 雷 达 原 理
的障碍物， 并提前预警， 可有效防止交通事故的发生。
毫 米 波 是 指 波 长 在 １－ １０ｍｍ 的 电 磁 波 ， 其 带 宽 大 ， 能 适 应
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｒａｄａｒ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｒａｆｆｉｃ ａｃｃｉｄｅｎｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｂｏｕｔ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｌｌｉ－ ｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｒａｄａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＭＣＷ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ．Ａ ｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ｍａｓｔｅｒ –
与 超 声 波 、红 外 线 、激 光 相 比 ， 毫 米 波 雷 达 分 辨 率 高 ， 不 受 大 气 絮 流 的 影 响 ， 而 且 穿 透 能 力 很 强 ， 受 雨 、雪 、雾 等 天 气 的 影 响较小。同时毫米波多谱勒频移大， 不仅可以测量目标的距 离， 还可以测量目标的相对速度， 因较好的稳定性和适应性特 点， 毫米波雷达成为最有发展潜力的汽车防撞雷达。
影响， 且探测距离短， 主要用于倒车雷达等近距离测距。激光 具 有 高 单 色 性 、方 向 性 和 相 干 性 强 等 特 点 ， 且 光 束 很 少 扩 散 ， 波速能量集中， 适用于远距离测量， 在汽车防撞领域， 受汽车 的 震 动 以 及 反 射 镜 面 磨 损 、污 染 、灰 尘 等 因 素 影 响 较 大 ， 测 距 精度难以保证。
创 要 完 成 人 机 交 互 ， 显 示 和 控 制 报 警 的 任 务 。通 过 键 盘 可 以 设 置
系 统 运 行 参 数 和 在 不 同 条 件 （ 如 车 速 、不 同 天 气 状 况 ） 下 的 报
新 警 门 限 ， 并 通 过 ＬＣＤ 中 文 显 示 ， 操 作 方 便 ， 显 示 直 观 。 当 主 处
（江西理工大学） 黄 艳 国 肖 定 华 许 伦 辉
ＨＵＡＮＧ Ｙａｎ－ｇｕｏ ＸＩＡＯ Ｄｉｎｇ－ｈｕａ ＸＵ Ｌｕｎ－ｈｕｉ
摘要： 汽 车 雷 达 是 减 少 交 通 事 故 的 方 法 之 一 ， 在 分 析 比 较 汽 车 防 撞 技 术 的 基 础 之 上 ， 论 述 了 毫 米 ＦＭＣＷ 调 频 连 续 波 雷 达 的 原 理 ， 提 出 了 基 于 ＤＳＰ 的 主 从 处 理 器 的 设 计 方 案 ， 详 细 介 绍 信 号 处 理 流 程 。 该 雷 达 能 及 时 检 测 前 方 障 碍 物 的 距 离 和 相 对 速 度， 当超过门限值时能自动显示和报警， 可有效降低交通事故发生率。 关键词： 毫米波； ＦＭＣＷ； 防撞雷达； ＤＳＰ 中图文分类号： ＴＮ９５３ 文献标识码： Ｂ
２ 汽车雷达方案比较
目前汽车防撞技术按目标探测方式和工作原理的不同， 主 要 有 超 声 波 、红 外 线 、激 光 、以 及 毫 米 波 。其 中 前 三 种 雷 达 都 是通过对回波的检测， 与发射信号相比较， 得到脉冲或相位的 差值， 从而计算出发射波与回波的时间差， 再分别根据超声 波 、红 外 线 、激 光 在 空 气 中 的 传 播 速 度 ， 计 算 出 与 目 标 物 的 相 对距离。这三种技术的汽车雷达结构简单， 成本低， 但使用过 程 存 在 不 同 程 度 的 局 限 性 。红 外 线 测 距 在 技 术 上 难 度 不 大 ， 但 受天气的影响较大， 且红外线穿透力不强， 在长距离探测方面
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００８）０９－ ２－ ０１１１－ ０２
ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
基于 ＤＳ Ｐ 的毫米波汽车防撞雷达系统
Ａ Ｍｉｌｌｉｍ ｅ ｔｅ ｒ Ｗａ ｖｅ Ａｕ ｔｏ ｍ ｏ ｔｉｖｅ Ａｎ ｔｉ－ ｃｏ ｌｌｕ ｓ ｉｏ ｎ Ｒａ ｄ ａ ｒ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＤＳ Ｐ
ｓｌａｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｌｏｗ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，Ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔｓ ｔｈｅ ｒｏａｄｂｌｏｃｋ ｉｎ ｆｒｏｎｔ ｏｆ ｉｔ ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ａｎ ａｌａｒｍ ｓｉｇｎａｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｓｅｔ ｖａｌｕｅ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｃｒａｓｈ ｒａｔｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ； ｆｒ ｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ； ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｒ ａｄａｒ ； ＤＳＰ
图 ４ ＤＳＰ 信 号 处 理 流 程 图
５ 结束语
图 ２ 系统硬件原理框图 如 图 ２ 所 示 ， Ａ／Ｄ 转 换 芯 片 采 用 ＴＩ 公 司 ＴＨＳ１２０６ 的 １２ 位 多 通 道 高 速 并 行 Ａ／Ｄ 转 换 器 。作 单 输 入 通 道 时 ， 采 样 频 率 可 达 ６Ｍ， 芯 片 内 部 集 成 了 １６ 字 节 的 ＦＩＦＯ， 采 样 转 换 数 值 自 动 写 入 ＦＩＦＯ。通 过 控 制 寄 存 器 设 置 触 发 水 平 向 ＤＳＰ 发 出 中 断 请 求。为快速读取采样数据， 减少中断次数， 设置触发水平为 ８， 当 有 连 续 ８ 个 采 样 值 写 入 ＦＩＦＯ 时 ， ＴＨＳ１２０６ 向 ＤＳＰ 发 出 中 断 请 求 ， ＤＳＰ 响 应 中 断 后 可 连 续 读 取 ８ 个 采 样 值 到 内 部 ＲＡＭ。 ＣＰＬＤ 完 成 Ａ／Ｄ 转 换 芯 片 的 启 动 、地 址 译 码 、各 种 控 制 逻 辑 信 号 的 产 生 以 及 ＶＣ５４１６ 与 单 片 机 之 间 的 数 据 交 换 。
处 理 器 ＤＳＰ ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６， 主 要 完 成 数 据 的 采 集 和 处 理 ， 利
术 用 ＤＳＰ 处 理 数 字 信 号 快 的 特 点 ， 对 采 集 信 号 进 行 数 字 滤 波 和 ＦＦＴ 变 换 。 从 处 理 器 采 用 单 片 机 ＡＴ８９Ｃ５１， 控 制 比 较 灵 活 ， 主
４ 信号的产生及处理流程
４．１ 信号的产生
汽车防撞雷达是提高汽车行驶安全的方法之一， 本文的 主 要 创 新 点 在 于 将 调 频 连 续 波 （ ＦＭＣＷ） 应 用 于 汽 车 防 撞 雷 达 中 ， 抗 干 扰 性 强 ， 并 采 用 高 性 能 数 字 信 号 处 理 器 ＤＳＰ， 系 统 处 理 速 度 快 、稳 定 性 好 。该 雷 达 经 多 次 试 验 ， 探 测 距 离 可 达 １００ｍ 以 上 ， 且 虚 警 率 低 。通 过 人 机 交 互 接 口 可 设 置 在 不 同 运 行 环 境 下的预警门限， 提高驾驶员的安全系数， 降低交通事故率， 有 较好的应用前景。 参考文献 ［１］贺乐厅，孙利生等，汽车防撞雷达实验系统的研制［Ｊ］．工业仪 表与自动化装置，２００３，３，Ｐ１４－ １６ ［２］张建辉，刘国岁等，编码步进调频连续波信号在汽车防撞雷 达中的应用［Ｊ］．电子学报，２００１，２９（７）：９４３－ ９４６ ［３］许宏吉，彭玉华等，汽车防撞雷达系统滤波器的设计［Ｊ］．山东 大学学报，２００４，３４（１）： ７０－ ７３． ［４］鲍吉龙，应延治等，基于 ＤＳＰ 技术的汽车防撞雷达［Ｊ］．微计 算机信息，２００６，４－ ２：１８８－ １９０ 作 者 简 介： 黄 艳 国 （１９７３－ ），男 ， 湖 北 武 汉 人 ， 讲 师 ，研 究 方 向 ：智 能 交 通 控 制；肖 定 华 （ １９７９－ ） ， 男 ， 江 西 泰 和 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 研
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
图 １ 发射波与回波波形图
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － １１１ －
ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 嵌 入 式 与 Ｓ ＯＣ ）２００８ 年 第 ２４ 卷 第 ９－２ 期
发 射 信 号 采 用 线 性 调 制 三 角 波 ， 周 期 为 Ｔ， 频 率 随 时 间 按 调制电压的规律变化。记发射信号上升和下降阶段分别为 ｆ （ｔ＋）、ｆ（ｔ－ ）， 对 应 回 波 信 号 为 ｆｂ（ｔ＋）、ｆｂ（ｔ－ ），ｋ 为 斜 率 ， 如 图 １ 所 示 。 图中实线是发射信号， 虚线是相对静止和相对运动时目标的 反 射 信 号 。 设 发 射 波 与 回 波 的 时 间 差 为 ｔｄ， 则 ： ２Ｒ＝Ｃ×ｔｄ