毫米波雷达信号处理装置及其方法
阅读：123发布：2024-02-22
专利汇可以提供毫米波雷达信号处理装置及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及毫米波雷达 信号 处理装置及其方法，该装置包括 数字信号 处理芯片、FPGA芯片、 接口 组、显示单元以及信号采集单元，数字 信号处理 芯片与FPGA芯片通过接口组连接，信号采集单元，用于采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片；FPGA芯片，用于接收数字信号，并存储数字信号；数字信号处理芯片，用于通过接口组调取所述FPGA芯片内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出 控制信号 至显示单元；显示单元，用于根据控制信号显示目标数据。本发明实现了及时处理雷达信号并获取实时的目标有效信息，及时避免交通事故，便于数字信号处理芯片的升和扩展。，下面是毫米波雷达信号处理装置及其方法专利的具体信息内容。
1.毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，包括数字信号处理芯片、FPGA芯片、接口组、显示单元以及信号采集单元，所述数字信号处理芯片与FPGA芯片通过接口组连接，其中，所述信号采集单元，用于采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片；所述FPGA芯片，用于接收数字信号，并存储数字信号；所述数字信号处理芯片，用于通过接口组调取所述FPGA芯片内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出控制信号至显示单元；所述显示单元，用于根据控制信号显示目标数据。
2.根据权利要求1所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述数字信号处理芯片的型号为TMS320C6748。
3.根据权利要求2所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述FPGA芯片的型号为XC6SLX16。
4.根据权利要求3所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述接口组包括外部存储器接口J2以及通用并行接口J3。
5.根据权利要求4所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述数字信号处理芯片的输入端口还连接有以太网模块以及USB模块。
6.根据权利要求5所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述以太网模块包括以太网收发芯片U13，所述以太网收发芯片U13的型号为LAN8710A-EZC。
7.根据权利要求5所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述USB模块包括功能开关芯片U2、阻抗芯片U23以及USB接口CON9，其中，所述功能开关芯片U2分别与所述数据信号处理芯片以及USB接口CON9连接，所述阻抗芯片U23连接于USB接口CON9与所述数据信号处理芯片之间。
8.根据权利要求1至7任一项所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述数字信号处理芯片的输出端口还连接有闪存器以及测试接口CON8。
9.根据权利要求8所述的毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述装置还包括复位单元、时钟单元以及电源单元，所述复位单元、时钟单元以及电源单元分别与所述数字信号处理芯片以及FPGA芯片连接。
10.毫米波雷达信号处理方法，其特征在于，包括：
信号采集单元采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片；
FPGA芯片接收数字信号，并存储数字信号；
数字信号处理芯片通过接口组调取所述FPGA芯片内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出控制信号至显示单元；
显示单元根据控制信号显示目标数据。
毫米波雷达信号处理装置及其方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，汽车得到了普及，但是汽车为人们的出行带来便利的同时，交通安全事故也日益频发，不仅严重损害了人们的生命财产安全，也给社会稳定带来了极大的隐患。生活中，交通事故往往是突发状况造成的且具有一定的偶然性，在汽车的行驶过程中，很多原因都会导致交通事故的发生，例如驾驶员酒后驾车、技术达不到要求、综合素质不高、行人没有按照红绿灯的提示过马路、行走的过程中没有注意机动车的形式状态等都可能会导致交通安全事故的发生；另外，一些强自然天气如大风暴雨等都会严重影响汽车的驾驶安全，增加交通事故的发生概率，据不完全统计，汽车驾驶人员因素造成的安全事故占据了绝大部分，在这种情况下，汽车安装良好的防撞雷达就能较好保护驾驶人员的安全，为其生命安全提供了一定的保障，汽车防撞雷达可以有效的减少汽车安全事故的发生，毫米波雷达具有全天候的先天优势，如何利用好毫米波雷达，成为了一大热点。
[0003] 雷达系统主要是进行雷达信号处理，雷达发射出去的波形遇到目标就会形成反射，将接受到的雷达反射信息进行处理就可以得到一系列想要的有效数据信息，目前对于雷达信号处理存在目标有效信息的滞后性，无法及时避免交通事故的发生。
[0004] 因此，有必要设计一种装置，实现及时处理雷达信号并获取实时的目标有效信息，及时避免交通事故。
发明内容
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：毫米波雷达信号处理装置，包括数字信号处理芯片、FPGA芯片、接口组、显示单元以及信号采集单元，所述数字信号处理芯片与FPGA芯片通过接口组连接，其中，所述信号采集单元，用于采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片；所述FPGA芯片，用于接收数字信号，并存储数字信号；所述数字信号处理芯片，用于通过接口组调取所述FPGA芯片内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出控制信号至显示单元；所述显示单元，用于根据控制信号显示目标数据。
[0007] 其进一步技术方案为：所述数字信号处理芯片的型号为TMS320C6748。
[0008] 其进一步技术方案为：所述FPGA芯片的型号为XC6SLX16。
[0009] 其进一步技术方案为：所述接口组包括外部存储器接口J2以及通用并行接口J3。
[0010] 其进一步技术方案为：所述数字信号处理芯片的输入端口还连接有以太网模块以及USB模块。
[0011] 其进一步技术方案为：所述以太网模块包括以太网收发芯片U13，所述以太网收发芯片U13的型号为LAN8710A-EZC。
[0012] 其进一步技术方案为：所述USB模块包括功能开关芯片U2、阻抗芯片U23以及USB接口CON9，其中，所述功能开关芯片U2分别与所述数据信号处理芯片以及USB接口CON9连接，所述阻抗芯片U23连接于USB接口CON9与所述数据信号处理芯片之间。
[0013] 其进一步技术方案为：所述数字信号处理芯片的输出端口还连接有闪存器以及测试接口CON8。
[0014] 其进一步技术方案为：所述装置还包括复位单元、时钟单元以及电源单元，所述复位单元、时钟单元以及电源单元分别与所述数字信号处理芯片以及FPGA芯片连接。
[0015] 本发明还提供了米波雷达信号处理方法，包括：
[0016] 信号采集单元采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片；
[0017] FPGA芯片接收数字信号，并存储数字信号；
[0018] 数字信号处理芯片通过接口组调取所述FPGA芯片内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出控制信号至显示单元；
[0019] 显示单元根据控制信号显示目标数据。
[0020] 本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置数字信号处理芯片、FPGA芯片、接口组、显示单元以及信号采集单元，利用外部存储器接口J2以及通用并行接口J3实现数字信号处理芯片与FPGA芯片之间数据的快速传输，及时处理雷达信号并获取实时的目标有效信息，及时避免交通事故，数字信号处理芯片还设置了若干个其他接口，以便于数字信号处理芯片的升和扩展。
附图说明
[0022] 图1为本发明具体实施例提供的毫米波雷达信号处理装置的示意性框图；
[0023] 图2为本发明具体实施例提供的数字信号处理芯片的具体电路原理图一；
[0024] 图3为本发明具体实施例提供的数字信号处理芯片的具体电路原理图二；
[0025] 图4为本发明具体实施例提供的数字信号处理芯片的具体电路原理图三；
[0026] 图5为本发明具体实施例提供的数字信号处理芯片的具体电路原理图四；
[0027] 图6为本发明具体实施例提供的显示单元的具体电路原理图；
[0028] 图7为本发明具体实施例提供的外部存储器接口J2的具体电路原理图；
[0029] 图8为本发明具体实施例提供的通用并行接口J3的具体电路原理图；
[0030] 图9为本发明具体实施例提供的以太网模块的具体电路原理图；
[0031] 图10为本发明具体实施例提供的USB模块的具体电路原理图；
[0032] 图11为本发明具体实施例提供的复位单元的具体电路原理图；
[0033] 图12为本发明具体实施例提供的时钟单元的具体电路原理图；
[0034] 图13为本发明具体实施例提供的电源单元的具体电路原理图；
[0035] 图14为本发明具体实施例提供的模式开关单元的具体电路原理图；
[0036] 图15为本发明具体实施例提供的闪存器以及测试接口的具体电路原理图；
[0037] 图16为本发明具体实施例提供的数字信号处理芯片以及FPGA芯片通信的示意性框图；
[0039] 图18为本发明具体实施例提供的卡座CON6的具体电路原理图；
[0040] 图19为本发明具体实施例提供的触摸屏的具体电路原理图。
具体实施方式
[0041] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
[0042] 应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0043] 还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0044] 还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0045] 如图1～19所示的具体实施例，本实施例提供的毫米波雷达信号处理装置，可以运用在汽车行驶过程中，以实现及时处理雷达信号并获取实时的目标有效信息，及时避免交通事故。
[0046] 请参阅图1，该毫米波雷达信号处理装置，包括数字信号处理芯片1、FPGA芯片2、接口组、显示单元4以及信号采集单元3，数字信号处理芯片1与FPGA芯片2通过接口组连接，其中，信号采集单元3，用于采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片2；FPGA芯片2，用于接收数字信号，并存储数字信号；数字信号处理芯片1，用于通过接口组调取FPGA芯片2内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出控制信号至显示单元4；显示单元4，用于根据控制信号显示目标数据。
[0048] 在本实施例中，上述的数字信号处理芯片1的型号为TMS320C6748。TMS320C6748的数字信号处理芯片1(DSP,Digital Signal Processor)具备低成本、低功耗体积小、散热快、稳定成熟度高等优点，主频达到456MHz，因此在信号处理算法上采用此款芯片性价比较高；同时TMS320C6748大大降低了整个电路板的能耗。电路板采用FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片+数字信号处理芯片1的双核异构方式实现对线性调频连续波雷达数据的实时处理。数字信号处理芯片1在整个装置中主要的作用是：通过一定算法，把目标距离、速度、方位角、俯仰角结算出来；通过专用算法剔除虚假目标，利用航迹相关等算法形成对真正目标形成稳定跟踪等；作为主控制器控制FPGA芯片2和DDS启停等、以及控制协处理器；控制雷达前端收发启停；监测整个装置运行情况等。
[0049] 于其他实施例，上述的数字信号处理芯片1的型号还可以为TMS320C6747等其他型号。
[0050] 在本实施例中，上述的FPGA芯片2的型号为XC6SLX16，于其他实施例，上述的FPGA芯片2的型号还可以为其他型号，并不局限于上述的XC6SLX16该型号。
[0051] 请参阅图7至图8，接口组包括外部存储器接口J2以及通用并行接口J3，其中，外部存储器接口J2即为EMIFA接口，通用并行接口J3为UPP(UniversalPhoneProcessor)接口，当数字信号处理芯片1利用这两个接口和FPGA芯片2进行通信时，FPGA芯片2会采用不同缓存方式。EMIFA接口有地址线和数据线，片选信号，读写使能信号；而UPP接口只有两个数据通道，没有地址线的概念，是通过START/ENABLE/WAIT/CLOCK信号控制数据的传输和同步。所以，一般使用UPP接口都是在FPGA芯片2里生成一个FIFO模块，数字信号处理芯片1通过UPP接口连续的读取FIFO模块里的数据，或把数据写入FIFO，而利用EMIFA接口进行通信时，先要发送地址信号然后读取或写入数据，EMIFA接口可以在数字信号处理芯片1与FPGA芯片2之间的双口RAM中读取数据。所以UPP接口的通讯速率要比EMIFA接口高很多，UPP接口的时钟可以达到75MHz，使用上升沿下降沿均锁存数据的话吐量可以达到150MB/S。而EMIFA接口的时钟最高为148MHz，对于CS0的SDRAM来说，这即是同步接口的时钟频率；对于异步接口来说，这是模块的工作时钟，异步接口的时序由SETUP/STROBE/HOLD三个阶段组成，数据通信速率比UPP接口慢。
[0052] 请参阅图16，数字信号处理芯片1和FPGA芯片2通过EMIFA接口通信，数据为自己设定的若干数据，将FPGA芯片2中的数据通过数字信号处理芯片1的EMIF接口传输到数字信号处理芯片1中，计算其传输速率和误码率。首先将数据通过EMIF接口传输到数字信号处理芯片1的DDR中，实测的写入速率为4.33MB/s；读取速率为3.74MB/s。若将数据写入数字信号处理芯片1的片内RAM L2中，写入速率为18.00MB/s，读取的速率为7.25MB/s；数字信号处理芯片1和FPGA芯片2通过UPP接口通信，数据为自己设定的若干数据，将FPGA芯片2中的数据通过数字信号处理芯片1的UPP接口传输到数字信号处理芯片1中，计算其传输速率和误码率。数字信号处理芯片1的UPP接口支持EDMA3功能，开启DMA通道后进行UPP数据传输，写入的速度高达17.08MB/s；若同时使能缓存，写入的速度可以达到27.39MB/s。
[0053] 另外，上述的数字信号处理芯片1的输入端口还连接有以太网模块9以及USB模块12。
[0054] 在一般情况下，EMIF接口和UPP接口足够应对大量的雷达回波数据并实时传输到数字信号处理芯片1中进行处理，预留USB模块12、十兆/百兆的以太网模块9，方便后续的数字信号处理芯片1的升级。
[0055] 请参阅图9，上述的以太网模块9包括以太网收发芯片U13，以太网收发芯片U13的型号为LAN8710A-EZC。
[0056] 上述的以太网收发芯片U13的端口还连接有振荡器Y3，以提供时钟的功能。
[0057] 上述的以太网收发芯片U13的端口还连接有网络连接器CON19，该网络连接器CON19的型号为13F-64GYD2PL2NL。
[0058] 请参阅图10，该USB模块12包括功能开关芯片U2、阻抗芯片U23以及USB接口CON9，其中，功能开关芯片U2分别与数字信号处理芯片1以及USB接口CON9连接，阻抗芯片U23连接于USB接口CON9与数据信号处理芯片之间。
[0060] 在本实施例中，上述的功能开关芯片U2的型号为TPS2041BDBVT，上述的阻抗芯片U23的型号为PRTR5V0U4Y。设置阻抗芯片U23做USB模块12的阻抗控制。
[0061] 另外，功能开关芯片U2与上述的数字信号处理芯片1之间连接有三极管Q1，通过数字信号处理芯片1控制三极管Q1的导通或截止，以实现USB模块12的导通或截止。
[0062] 请参阅图11至图13，上述的装置还包括复位单元8、时钟单元7以及电源单元11，复位单元8、时钟单元7以及电源单元11分别与数字信号处理芯片1以及FPGA芯片2连接。
[0063] 上述的复位单元8包括分别与数字信号处理芯片1以及FPGA芯片2连接的复位按键SW3，另外，在与数字信号处理芯片1以及FPGA芯片2之间设有滤波电容C9以及整流二极管D8。
[0064] 上述的电源单元11包括电源管理芯片U1，电源管理芯片U1的输出端口连接有滤波电容C8、C4、C7以及滤波电阻R9、R10；将5V的电压降压至3V，。供数字信号处理芯片1以及FPGA芯片2使用。
[0065] 另外，上述的电源管理芯片U1的输入端口连接有电源适配器SW1，且电源适配器SW1与电源管理芯片U1之间还设有稳压二极管D1、滤波电容C3、C2；上述的电源管理芯片U1的输出端口还设有发光二极管D2，以作为电源电量的显示。
[0066] 更进一步地，上述的时钟单元7包括时钟芯片U9，该时钟芯片U9的型号为AT24C02C-SSHM-B-8S1，以提供计时等时钟功能。
[0067] 请参阅图14，在一实施例中，上述的数字信号处理芯片1的端口还连接有模式开关单元SW2。
[0068] 请参阅图15，数字信号处理芯片1的输出端口还连接有闪存器5以及测试接口CON8。上述的闪存器5包括存储芯片U8，该存储芯片U8的型号为W26Q32FVSSIG；上述的测试接口CON8用于对数字处理芯片的程序测试等。
[0069] 请参阅图17，在一实施例中，上述的数字处理芯片的端口还连接有驱动器10，上述的驱动器10包括驱动芯片U6以及驱动接口CON15，其中，驱动芯片U6的型号为MAX3232CUE，可通过驱动接口CON15连接外部驱动设备，以实现对数字处理芯片的扩展。
[0070] 请参阅图18，上述的数字信号处理芯片1的端口还连接有卡座CON6，该卡座CON6的型号为包括PROCONN SDC009-52-D，且卡座CON6与数字信号处理芯片1之间还连接有阻抗芯片U21、U22，以作为阻抗控制所用，其中阻抗芯片U21、U22的型号为PRTR5V0UY。
[0071] 另外，上述的数字信号处理芯片1的端口还连接有SPI接口J1。
[0072] 请参阅图19，上述的数字信号处理芯片1的端口还连接有触摸屏6，该触摸屏6包括触摸芯片U10，该触摸芯片U10的型号为TSC2046EIPW，其中，触摸芯片U10的X+、X-、Y+、Y-端脚对应连接电容C65、C66、C67、C68；电容C65、C66、C67、C68的一端分别接地。
[0073] 请参阅图6，该显示单元4包括接口CON17、LCD显示屏以及OLED显示屏，上述的LCD显示屏以及OLED显示屏通过接口CON17与数字信号处理芯片1连接，显示单元4显示的是目标的距离、速度、角度(方位角、俯仰角)。
[0074] 请参阅图2至图5，上述的数字信号处理芯片1设有接口CON1、CON2、CON3、CON4。数字信号处理芯片1预留多种接口和FPGA芯片2进行实时通信；同时设计了LCD显示屏以及OLED显示屏实时显示雷达信号处理后目标的速度、距离、角度等有效信息并进行跟踪显示，具体地，添加OLED显示屏，通过IO模拟SPI时序的方式在OLED显示屏上显示目标的速度、距离和角度，并在设计的LCD显示屏上实时显示目标的跟踪状况。相应的，数字信号处理芯片1也预留了若干UART/SPI/I2C等通用的通信接口，方便和其他主控制器进行数据传输和通信，实现数字信号处理芯片1在整个装置中作为主控制器控制FPGA芯片2和DDS启停等、以及控制协处理器，控制雷达前端收发启停和监测整个系统运行情况等相应功能。
[0075] 实现毫米波雷达系统的信号处理，对目标进行实时的距离、速度、角度信息的解算，实现对目标一定距离的跟踪，并在自主设计的TMS320C6748硬件平台上实现相应功能[0076] 具体地，上述的数字信号为上扫频和下扫频都是中频信号，即发射信号与接收信号进行混频得到的差拍信号。上扫频、下扫频和单频差拍信号的仿真实现；数字信号处理芯片1分别对上扫频、下扫频和单频信号进行FFT变换，分别记为Sup、Sdown、Sdp，分别出现n个频谱峰值；将上扫频和下扫频的频谱进行频谱对消，并取绝对值，即S＝|Sup-Sdown|，谱图形中出现较为明显的2*n个峰值。由于目标在上下扫频段得到的频谱幅度是一致的，固定杂波在上下扫频中的频率是一样的，而运动目标由于多普勒效应在上下扫频中的频率是不一样的。利用这一点可以有效的抑制固定杂波；将频谱对消后的新频谱记为S，并进行恒虚警检测CFAR，使目标进一步简化；再对简化后的目标频谱进行峰值搜索，搜索出峰值点对应的频点，通过公式 和公式 对2*n个频点进行两两配对解算出速度、距离值。此时得到 个目标的速度和距离值；对单频FFT变化后的频谱Sdp进行峰值搜索，得到n个目标的速度值；建立容差函数，将步骤5中得到的速度值与步骤6中得到的速度值通过容差函数进行比较从而筛选出n个目标的速度、距离值，剔除 个虚假目标。
[0077] 上述的毫米波雷达信号处理装置，通过设置数字信号处理芯片1、FPGA芯片2、接口组、显示单元4以及信号采集单元3，利用外部存储器接口J2以及通用并行接口J3实现数字信号处理芯片1与FPGA芯片2之间数据的快速传输，及时处理雷达信号并获取实时的目标有效信息，及时避免交通事故，数字信号处理芯片1还设置了若干个其他接口，以便于数字信号处理芯片1的升级和扩展。
[0078] 在一实施例中，还提供了毫米波雷达信号处理方法，包括：
[0079] 信号采集单元3采集雷达实时信号并将雷达实时信号转换为数字信号，输入至FPGA芯片2；
[0080] FPGA芯片2接收数字信号，并存储数字信号；
[0081] 数字信号处理芯片1通过接口组调取所述FPGA芯片2内存储的数字信号，并对数字信号进行处理和解算，以获取目标数据，并输出控制信号至显示单元4；
[0082] 显示单元4根据控制信号显示目标数据。
[0083] 上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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