多目标车载前向防撞雷达的实现
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图２收发前端框图
信号处理模块功能： （１）产生时序与控制信号； （２）差拍信号的采集，并从中提取出目标的相对 距离与相对速度信息。 由于系统必须进行大量复杂的实时数字信号处理 运算，因此设计采用Ａｈｅｒａ公司的ＦＰＧＡ芯片ＥＰ３Ｃ１６ 与，ｎ公司的高性能浮点ＤＳＰ处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３来 协同实现。其中，ＦＰＧＡ负责数据的采集与传输。这大 大降低了ＤＳＰ的负担，确保了ＤＳＰ芯片能够充分发挥 快速运算的优势，从而提高了系统的实时性。扩展的 外接存储器同时为ＤＳＰ提供了足够的资源进行大批 量的信号处理。此外。Ａ／Ｄ转换芯片则选择了ＬＩＮＥＲ 公司的ＬＴＣ２２８２芯片，该芯片最高能提供１０５ Ｍｓ／ｓ的 采样率以及１２位的采样位数，完全能够满足系统的处 理需求。信号处理模块的总体结构图如图３所示。
ｍＲｔｉｏｒｌ ｆｏｒ ｌｉｎｅａｒ ４９．５４．
第３４卷第６期 ２０１２年６月
现代雷达
Ｍｏｄｅｍ
Ｖｏｔ．３４
Ｎｏ．６
ＲａｄⅡ
Ｊｕｎｅ ２０１２
・信号／童置据处理・
中圈分类号：ＴＮ９５７．５１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００４—７８５９｛２０１２）０６—００２６一０４
多目标ＬＦＭＣＷ车载前向防撞雷达的实现
蒋留兵，林和昀，柴林峰，沈翰宁
（桂林电子科技大学信息与通信学院， 广西桂林５４１００４）
Ｙｒ和下扫频频差ｆ分别为 ｆ＝正一ｆｄ
ｆ＝Ｚ＋五 （１） （２）
则目标的相对距离Ｒｏ和相对速度口为［４】
％＝譬＝半 。：华：半 ”２丁２——百一
㈤
（４） ｔ４Ｊ
式中：弘是调制系数，且Ｉｚ＝Ｂ／Ｔ；，；Ｌ为发射信号的波长。 因此，能够正确得出目标的差频是获取目标距离 和速度信息的关键。目前，较为成熟且易于实现的方
会向两旁泄露，形成点迹。因此，需要做适当的ＣＦＡＲ 处理来保证能够获取目标的准确位置。图７是经过 ＣＦＡＲ后的三维频谱图。
１ １
恺１ 馨 燕１ 嚣
圆 圆： ，帆忒 ‰ｋ．
频点 ａ）上扫频加窗ＦＦＴ频谱图
ｌ Байду номын сангаас １
釜１
磐 嚣
频点
图４信号处理流程图
ｂ）下扫频加窗ＦＦＴ频谱图
图５回波信号频谱
５实测数据分析与应用
法主要是通过快速傅里叶变换（Ｆ丌）来获取目标的频
谱。再按照最大功率原则，在频域上选择能量峰值谱 线所对应的频率作为中频目标信号拉ｊ。对于单目标 而言，一次Ｆｒｒ就能够得到ｆ和ｆ，从而直接求得目 标的速度和距离。而在复杂的多目标环境下，ＬＦＭＣＷ 信号时宽通常较大，距离与速度耦合则会引起运动目 标产生较大的测距偏移，进而增大了雷达对目标识别 的难度¨Ｊ。目前能较好解决距离一速度去耦合以及多 目标环境配对问题的方法有ＭＴＤ一频域配对法旧’， ＭＴＤ一速度配对法＂Ｊ，质心凝聚法哺１，单载频与线性调 频联合多目标配对方法一。等。通过比较，设计选取了 易于ＤＳＰ实现又简单有效的ＭＴＤ－频域配对法来解决 这一关键性问题。
ｔｏ
５４ｌ００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｌｍｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔａｋｅ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ
ｏｎ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ
ＯＲ
ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ，ａ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｐｍｊｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｆｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒ ｂａｓｅｄ
ＦＰＧＡ ａｎｄ ＤＳＰ ｉｓ
ａｒｅ
ｐｒｏｐｏ∞ｄ
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ
ＬＦＭＣＷ ｒａｄａｒ．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｒｅ．
ｈａｒｄｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉ酽ｌａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｂｙ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｄａｔａ
２防撞雷达的部分技术指标 （１）Ｔ作环境：全天候、多气候、高速公路环境；
（２）工作频率：２４ （４）雷达视角：７。； （５）处理时间：≤３０
ｉｌｍ。
ＧＩ－Ｉｚ； ｒｎ～１５０ ｍ；
（３）作用距离：０．９
３系统硬件架构
ＬＦＭＣＷ防撞雷达硬件系统包括ＬＦＭＣＷ收发前 端与信号处理模块２部分。 ＬＦＭＣＷ收发前端主要负责雷达信号的发射与接 收。收发前端由天线、压控振荡器（ＶＣＯ）以及混频器 等部件构成，框图如图２所示。天线负责信号的接收 与发射；ＶＣＯ是整个模块的核心部件，用来产生线性 调频三角波；混频器则通过对回波信号与参考信号的 比较，输出所需的差频信号。 ＶＣＯ输出的信号一部分经天线以电磁波的形式 发射出去，另一部分经９００功分器分为同相／正交的两
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｔａｒｇｅｔ ＬＦＭＣＷ
ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｏｒｗａｒｄ Ａｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｒａｄａｒ
ＪＩＡＮＧ Ｌｉｕ－ｂｉｎｇ，ＬＩＮ Ｈｅ－ｙｕｎ，ＣＨＡＩ Ｌｉｎ－ｆｅｎｇ，ＳＨＥＮ Ｈａｒｔ－ｎｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ
图７ 图６
ＭＴＤ滤波后三维频谱图
ＣＦＡＲ后频谱图
图８ａ）为２辆目标车在不同位置以相同速度行驶 而来环境下雷达系统经过ＭＴＤ处理后的上、下扫频二 维频谱图。由于两车的速度相同，目标的谱峰出现在 了速度单元相同而距离单元不相同的频点上。图８ｂ） 表示的是雷达系统经过ＣＦＡＲ后的上、下扫频频谱图，
一２８一
分析的数据来源于实车实验中数据采集卡采集的 数据。实车实验的环境为：将防撞雷达系统固定在静 止的实验车上，与前方２辆目标车进行实验。图５～ 图７为实测数据的分析图。其中，图５ａ）为单个周期 上扫频差拍信号的频谱图，图５ｂ）为下扫频信号的频 谱图。两幅图的横坐标均是差频的频点。上、下扫频 信号均添加汉明窗，这样可以有效地降低差频信号的 频谱旁瓣，减小旁瓣造成的虚警以及对邻近目标的影 响，但加窗后的差频信号频谱主瓣展宽，降低了距离分 辩率”Ｊ。通过图５ａ）和图５ｂ）的对比可以看出，目标１ 是处于运动中，存在多普勒频率，故上、下扫频的中心 频率会相对于实际距离的中心频率有一个对称的偏移 量；而目标２为一个静止目标，其多普勒频率厶为Ｏ， 因此上、下扫频的中心频率均在同一位置处。 图６是８个周期回波信号经过ＭＴＤ滤波后的三 维频谱图。由于显示从ｌ开始，所以速度维的１号通 道对应多普勒０号通道。２个目标由于速度不同而具 有不同多普勒频率，经过ＭＴＤ滤波后出现在了不同的 多普勒滤波器通道中。目标ｌ具有一定的速度，谱峰 出现在５号通道上。目标２是静止目标，多普勒频率 为０，谱峰从而出现在１号通道上。从图中可以看到， 目标的频谱除了出现在谱峰位置，由于加窗等原因，还
图１线性调频连续波信号的频率和时间的关系
Ｅｎｔａｉｌ：ｊｌｂｎｊ＠１６３．ｅｏｍ 修订日期：２０１２－０３－２０
设差拍信号的频率为ｆ，则对应目标的回波时延ｒ
—２６一
万方数据
・信号／文据处理・
蒋留兵，等：多目标ＬＦＭＣＷ车载前向防撞雷达的实现
２０１２，３４（６）
＝２Ｒ。／ｃ。当差频包含有多普勒平移厶时，上扫频频差
ｔＯ
ｓｕｉｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．ＭＴＤ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｎｍｔｅｈｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ
ｎｅｅ８
ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ
ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｖａｌｉｄａｔｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ－
８ｃｅｎ—
ｏｆ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｔｈｏｄ
１
ＬＦＭＣＷ雷达测距、测速基本原理
ＬＦＭＣＷ雷达作为当前车载防撞雷达领域最具代
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１１６２００７）；广西科学 研究与技术开发计划基金资助项目（桂科攻 ０９９６０２８）；广西研究生教育创新计划基金资助项目
（２０１ Ｉ １０５９５０８１０Ｍ１ Ｉ）
通信作者：蒋留兵 收稿日期：２０１２－０１—１６
ｔｏ
ｅ￥ｆｆｌ
ｅ８１１
ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅｓ
ｒａｒｅｌｙ．Ｔｈｅ
ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ＬＦＭＣＷ
ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ．∞ｉｔ
图３信号处理模块框图
４系统的软件设计 系统的软件部分包括：信号采集、信号处理和人机
交互界面３部分。 信号处理流程如图４所示，具体过程如下： （１）系统进行初始化。 （２）差拍信号经Ａ／Ｄ转换后，被送入ＦＰＧＡ进行 双通道数据采集，最后传输到ＤＳＰ的片内存储器中。 （３）当ＤＳＰ中接收到８个周期的差拍信号后，分
一２７—
万方数据
２０１２，３４（６）
现代雷达
别对８个周期上、下扫频信号进行加窗Ｆ丌运算（距
离维变换）。 （４）进行ＭＴＤ（速度维变换）运算。 （５）对ＭＴＤ后的数据进行求摸、ＣＦＡＲ处理，并计 算出上、下扫频目标的特征参数。 （６）根据同一个目标在上、下扫频段产生的差拍 信号频谱具有相似的幅值和相同的模糊多普勒频率的 原则，将同一目标在上、下扫频段的差拍频谱进行配 对，从而得到目标的准确的距离和速度信息。 （７）将得到的目标参数通过ＲＳ２３２串１２１传输到上 位机的人机交互界面上直观的显示出来，以便驾驶员 参考。
万方数据
・信号／文据地理・
蒋留兵，等：多目标ＬＦＭＣＷ车载前向防撞雷达的实现
２０１２，３４（６）
通过设置适当的门限以及目标拟合规则，系统可以准 确识别出２个目标。
运动目标参数估计［Ｊ］．现代雷达，２０１１，３３（２）：４７—４９。
５４．
匿
国
匿
ｉ ＪＩ －
ａ）ＭＩＤ二Ｉ昀嗍帽
匠
ｌ『Ｉ『
ｂ）僦Ｒ籼
撕Ｘｉｎ，撕Ｒｏｎｇｑｕａｎ，Ｇｏｎｇ
ｗｉｌｌ＃ｒｅ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｒｏａｄ
ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｈｉｎｅ ａｃｅｉｄｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＦＭＣＷ ｒａｄａｒ；ＤＳＰ；ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
０引
言
表性的一种，具有结构简单、体积小、重量轻、高分辨率 多目标探测和近似全天候工作能力等优点，在近距离 侦察、测速和跟踪等方面将起到越来越重要的作 用－ｚ。一。其主要是通过从变化的回波频率中提取出距 离和多普勒信息来实现对目标距离和速度的探测。具 体原理如下：设光速为ｃ，发射信号的中心频率为二，ｒ 为扫频周期，曰为扫频带宽，风和。分别为目标的相对 距离与相对速度。ＬＦＭＣＷ信号的频率和时间的关系 如图１所示。
汽车作为人们生活中必不可少的交通工具．在为 人们提供便利的同时，也潜藏了诸多的安全隐患。有 研究表明，驾驶员只要在有碰撞危险的１ ｓ前得到预 警，就可以避免９０％的交通事故发生¨］。本文将介绍 一种基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的车载防撞雷达系统的实时处 理方案。设计选用ＦＰＧＡ芯片ＥＰ３Ｃ１６和ＤＳＰ芯片 ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３等器件搭建了信号处理硬件平台，采用 ＭＴＤ一频域配对法对多目标进行识别并实时计算目标 的距离和速度，最终将结果显示在上位机的人机交互 界面中。
摘要：为主动减少高速公路上碰撞事故的发生，提出一种基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ芯片的车载前向防撞雷达系统的实时处理方 案。分别介绍了ＬＦＭＣＷ雷达的基本原理、系统硬件架构、信号处理流程，给出了实测数据的结果分析。系统采用ＭＴＤ一 频域配对法来实现对目标参数的估计，实测数据结果不仅验证了算法的有效性．而且表明系统能够准确实时地检测出前 面目标车辆的距离与速度信息。该方法可以应用到ＬＦＭＣＷ防撞雷达系统当中，从而给驾驶员提供前方道路行驶参考，以 达到减少交通事故的目的。 关键词：ＬＦＭＣＷ雷达；ＤＳＰ芯片；汽车防撞
路信号，加载到混频器的输入端作为混频器的参考信 号。目标回波信号被天线接收后，经相关预处理后，与 参考信号进行混频，产生幅度相同且相位相差９００的 两路差频信号。该差频信号再经带通放大，得到带有 目标信息的输出信号ＩＦｌ和ＩＦ２。其中，ＩＦｌ为同相信 号，ＩＦ２为正交信号。后继的信号处理模块即可从差 频信号中提取出目标的距离和速度等信息。
信号处理模块功能： （１）产生时序与控制信号； （２）差拍信号的采集，并从中提取出目标的相对 距离与相对速度信息。 由于系统必须进行大量复杂的实时数字信号处理 运算，因此设计采用Ａｈｅｒａ公司的ＦＰＧＡ芯片ＥＰ３Ｃ１６ 与，ｎ公司的高性能浮点ＤＳＰ处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３来 协同实现。其中，ＦＰＧＡ负责数据的采集与传输。这大 大降低了ＤＳＰ的负担，确保了ＤＳＰ芯片能够充分发挥 快速运算的优势，从而提高了系统的实时性。扩展的 外接存储器同时为ＤＳＰ提供了足够的资源进行大批 量的信号处理。此外。Ａ／Ｄ转换芯片则选择了ＬＩＮＥＲ 公司的ＬＴＣ２２８２芯片，该芯片最高能提供１０５ Ｍｓ／ｓ的 采样率以及１２位的采样位数，完全能够满足系统的处 理需求。信号处理模块的总体结构图如图３所示。
ｍＲｔｉｏｒｌ ｆｏｒ ｌｉｎｅａｒ ４９．５４．
第３４卷第６期 ２０１２年６月
现代雷达
Ｍｏｄｅｍ
Ｖｏｔ．３４
Ｎｏ．６
ＲａｄⅡ
Ｊｕｎｅ ２０１２
・信号／童置据处理・
中圈分类号：ＴＮ９５７．５１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００４—７８５９｛２０１２）０６—００２６一０４
多目标ＬＦＭＣＷ车载前向防撞雷达的实现
蒋留兵，林和昀，柴林峰，沈翰宁
（桂林电子科技大学信息与通信学院， 广西桂林５４１００４）
Ｙｒ和下扫频频差ｆ分别为 ｆ＝正一ｆｄ
ｆ＝Ｚ＋五 （１） （２）
则目标的相对距离Ｒｏ和相对速度口为［４】
％＝譬＝半 。：华：半 ”２丁２——百一
㈤
（４） ｔ４Ｊ
式中：弘是调制系数，且Ｉｚ＝Ｂ／Ｔ；，；Ｌ为发射信号的波长。 因此，能够正确得出目标的差频是获取目标距离 和速度信息的关键。目前，较为成熟且易于实现的方
会向两旁泄露，形成点迹。因此，需要做适当的ＣＦＡＲ 处理来保证能够获取目标的准确位置。图７是经过 ＣＦＡＲ后的三维频谱图。
１ １
恺１ 馨 燕１ 嚣
圆 圆： ，帆忒 ‰ｋ．
频点 ａ）上扫频加窗ＦＦＴ频谱图
ｌ Байду номын сангаас １
釜１
磐 嚣
频点
图４信号处理流程图
ｂ）下扫频加窗ＦＦＴ频谱图
图５回波信号频谱
５实测数据分析与应用
法主要是通过快速傅里叶变换（Ｆ丌）来获取目标的频
谱。再按照最大功率原则，在频域上选择能量峰值谱 线所对应的频率作为中频目标信号拉ｊ。对于单目标 而言，一次Ｆｒｒ就能够得到ｆ和ｆ，从而直接求得目 标的速度和距离。而在复杂的多目标环境下，ＬＦＭＣＷ 信号时宽通常较大，距离与速度耦合则会引起运动目 标产生较大的测距偏移，进而增大了雷达对目标识别 的难度¨Ｊ。目前能较好解决距离一速度去耦合以及多 目标环境配对问题的方法有ＭＴＤ一频域配对法旧’， ＭＴＤ一速度配对法＂Ｊ，质心凝聚法哺１，单载频与线性调 频联合多目标配对方法一。等。通过比较，设计选取了 易于ＤＳＰ实现又简单有效的ＭＴＤ－频域配对法来解决 这一关键性问题。
ｔｏ
５４ｌ００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｌｍｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔａｋｅ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ
ｏｎ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ
ＯＲ
ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ，ａ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｐｍｊｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｆｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒ ｂａｓｅｄ
ＦＰＧＡ ａｎｄ ＤＳＰ ｉｓ
ａｒｅ
ｐｒｏｐｏ∞ｄ
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ
ＬＦＭＣＷ ｒａｄａｒ．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｒｅ．
ｈａｒｄｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉ酽ｌａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｂｙ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｄａｔａ
２防撞雷达的部分技术指标 （１）Ｔ作环境：全天候、多气候、高速公路环境；
（２）工作频率：２４ （４）雷达视角：７。； （５）处理时间：≤３０
ｉｌｍ。
ＧＩ－Ｉｚ； ｒｎ～１５０ ｍ；
（３）作用距离：０．９
３系统硬件架构
ＬＦＭＣＷ防撞雷达硬件系统包括ＬＦＭＣＷ收发前 端与信号处理模块２部分。 ＬＦＭＣＷ收发前端主要负责雷达信号的发射与接 收。收发前端由天线、压控振荡器（ＶＣＯ）以及混频器 等部件构成，框图如图２所示。天线负责信号的接收 与发射；ＶＣＯ是整个模块的核心部件，用来产生线性 调频三角波；混频器则通过对回波信号与参考信号的 比较，输出所需的差频信号。 ＶＣＯ输出的信号一部分经天线以电磁波的形式 发射出去，另一部分经９００功分器分为同相／正交的两
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｔａｒｇｅｔ ＬＦＭＣＷ
ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｏｒｗａｒｄ Ａｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｒａｄａｒ
ＪＩＡＮＧ Ｌｉｕ－ｂｉｎｇ，ＬＩＮ Ｈｅ－ｙｕｎ，ＣＨＡＩ Ｌｉｎ－ｆｅｎｇ，ＳＨＥＮ Ｈａｒｔ－ｎｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ
图７ 图６
ＭＴＤ滤波后三维频谱图
ＣＦＡＲ后频谱图
图８ａ）为２辆目标车在不同位置以相同速度行驶 而来环境下雷达系统经过ＭＴＤ处理后的上、下扫频二 维频谱图。由于两车的速度相同，目标的谱峰出现在 了速度单元相同而距离单元不相同的频点上。图８ｂ） 表示的是雷达系统经过ＣＦＡＲ后的上、下扫频频谱图，
一２８一
分析的数据来源于实车实验中数据采集卡采集的 数据。实车实验的环境为：将防撞雷达系统固定在静 止的实验车上，与前方２辆目标车进行实验。图５～ 图７为实测数据的分析图。其中，图５ａ）为单个周期 上扫频差拍信号的频谱图，图５ｂ）为下扫频信号的频 谱图。两幅图的横坐标均是差频的频点。上、下扫频 信号均添加汉明窗，这样可以有效地降低差频信号的 频谱旁瓣，减小旁瓣造成的虚警以及对邻近目标的影 响，但加窗后的差频信号频谱主瓣展宽，降低了距离分 辩率”Ｊ。通过图５ａ）和图５ｂ）的对比可以看出，目标１ 是处于运动中，存在多普勒频率，故上、下扫频的中心 频率会相对于实际距离的中心频率有一个对称的偏移 量；而目标２为一个静止目标，其多普勒频率厶为Ｏ， 因此上、下扫频的中心频率均在同一位置处。 图６是８个周期回波信号经过ＭＴＤ滤波后的三 维频谱图。由于显示从ｌ开始，所以速度维的１号通 道对应多普勒０号通道。２个目标由于速度不同而具 有不同多普勒频率，经过ＭＴＤ滤波后出现在了不同的 多普勒滤波器通道中。目标ｌ具有一定的速度，谱峰 出现在５号通道上。目标２是静止目标，多普勒频率 为０，谱峰从而出现在１号通道上。从图中可以看到， 目标的频谱除了出现在谱峰位置，由于加窗等原因，还
图１线性调频连续波信号的频率和时间的关系
Ｅｎｔａｉｌ：ｊｌｂｎｊ＠１６３．ｅｏｍ 修订日期：２０１２－０３－２０
设差拍信号的频率为ｆ，则对应目标的回波时延ｒ
—２６一
万方数据
・信号／文据处理・
蒋留兵，等：多目标ＬＦＭＣＷ车载前向防撞雷达的实现
２０１２，３４（６）
＝２Ｒ。／ｃ。当差频包含有多普勒平移厶时，上扫频频差
ｔＯ
ｓｕｉｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．ＭＴＤ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｎｍｔｅｈｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ
ｎｅｅ８
ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ
ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｖａｌｉｄａｔｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ－
８ｃｅｎ—
ｏｆ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｔｈｏｄ
１
ＬＦＭＣＷ雷达测距、测速基本原理
ＬＦＭＣＷ雷达作为当前车载防撞雷达领域最具代
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１１６２００７）；广西科学 研究与技术开发计划基金资助项目（桂科攻 ０９９６０２８）；广西研究生教育创新计划基金资助项目
（２０１ Ｉ １０５９５０８１０Ｍ１ Ｉ）
通信作者：蒋留兵 收稿日期：２０１２－０１—１６
ｔｏ
ｅ￥ｆｆｌ
ｅ８１１
ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅｓ
ｒａｒｅｌｙ．Ｔｈｅ
ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ＬＦＭＣＷ
ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ．∞ｉｔ
图３信号处理模块框图
４系统的软件设计 系统的软件部分包括：信号采集、信号处理和人机
交互界面３部分。 信号处理流程如图４所示，具体过程如下： （１）系统进行初始化。 （２）差拍信号经Ａ／Ｄ转换后，被送入ＦＰＧＡ进行 双通道数据采集，最后传输到ＤＳＰ的片内存储器中。 （３）当ＤＳＰ中接收到８个周期的差拍信号后，分
一２７—
万方数据
２０１２，３４（６）
现代雷达
别对８个周期上、下扫频信号进行加窗Ｆ丌运算（距
离维变换）。 （４）进行ＭＴＤ（速度维变换）运算。 （５）对ＭＴＤ后的数据进行求摸、ＣＦＡＲ处理，并计 算出上、下扫频目标的特征参数。 （６）根据同一个目标在上、下扫频段产生的差拍 信号频谱具有相似的幅值和相同的模糊多普勒频率的 原则，将同一目标在上、下扫频段的差拍频谱进行配 对，从而得到目标的准确的距离和速度信息。 （７）将得到的目标参数通过ＲＳ２３２串１２１传输到上 位机的人机交互界面上直观的显示出来，以便驾驶员 参考。
万方数据
・信号／文据地理・
蒋留兵，等：多目标ＬＦＭＣＷ车载前向防撞雷达的实现
２０１２，３４（６）
通过设置适当的门限以及目标拟合规则，系统可以准 确识别出２个目标。
运动目标参数估计［Ｊ］．现代雷达，２０１１，３３（２）：４７—４９。
５４．
匿
国
匿
ｉ ＪＩ －
ａ）ＭＩＤ二Ｉ昀嗍帽
匠
ｌ『Ｉ『
ｂ）僦Ｒ籼
撕Ｘｉｎ，撕Ｒｏｎｇｑｕａｎ，Ｇｏｎｇ
ｗｉｌｌ＃ｒｅ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｒｏａｄ
ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｈｉｎｅ ａｃｅｉｄｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＦＭＣＷ ｒａｄａｒ；ＤＳＰ；ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
０引
言
表性的一种，具有结构简单、体积小、重量轻、高分辨率 多目标探测和近似全天候工作能力等优点，在近距离 侦察、测速和跟踪等方面将起到越来越重要的作 用－ｚ。一。其主要是通过从变化的回波频率中提取出距 离和多普勒信息来实现对目标距离和速度的探测。具 体原理如下：设光速为ｃ，发射信号的中心频率为二，ｒ 为扫频周期，曰为扫频带宽，风和。分别为目标的相对 距离与相对速度。ＬＦＭＣＷ信号的频率和时间的关系 如图１所示。
汽车作为人们生活中必不可少的交通工具．在为 人们提供便利的同时，也潜藏了诸多的安全隐患。有 研究表明，驾驶员只要在有碰撞危险的１ ｓ前得到预 警，就可以避免９０％的交通事故发生¨］。本文将介绍 一种基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的车载防撞雷达系统的实时处 理方案。设计选用ＦＰＧＡ芯片ＥＰ３Ｃ１６和ＤＳＰ芯片 ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３等器件搭建了信号处理硬件平台，采用 ＭＴＤ一频域配对法对多目标进行识别并实时计算目标 的距离和速度，最终将结果显示在上位机的人机交互 界面中。
摘要：为主动减少高速公路上碰撞事故的发生，提出一种基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ芯片的车载前向防撞雷达系统的实时处理方 案。分别介绍了ＬＦＭＣＷ雷达的基本原理、系统硬件架构、信号处理流程，给出了实测数据的结果分析。系统采用ＭＴＤ一 频域配对法来实现对目标参数的估计，实测数据结果不仅验证了算法的有效性．而且表明系统能够准确实时地检测出前 面目标车辆的距离与速度信息。该方法可以应用到ＬＦＭＣＷ防撞雷达系统当中，从而给驾驶员提供前方道路行驶参考，以 达到减少交通事故的目的。 关键词：ＬＦＭＣＷ雷达；ＤＳＰ芯片；汽车防撞
路信号，加载到混频器的输入端作为混频器的参考信 号。目标回波信号被天线接收后，经相关预处理后，与 参考信号进行混频，产生幅度相同且相位相差９００的 两路差频信号。该差频信号再经带通放大，得到带有 目标信息的输出信号ＩＦｌ和ＩＦ２。其中，ＩＦｌ为同相信 号，ＩＦ２为正交信号。后继的信号处理模块即可从差 频信号中提取出目标的距离和速度等信息。