数字雷达技术在车流量检测雷达中的应用

论文摘要

智能交通系统是目前城市规划的一个重要方面，车流量检测器也由原先的单一的接触式线圈向混合型的非接触式的方式转化，微波交通检测器即车流量检测雷达作为智能交通系统用于获取路面信息的一种方式，具有广阔的应用前景。本文希望可以通过对数字雷达技术等一系列软硬件算法的研究，解决实际应用中的各种关键问题，开发出精度高、稳定性好以及全天候的实用化流量检测器，以满足智能交通发展的需求。 要建立一个微波车流量检测雷达系统，必须了解雷达检测目标的散射特性，确定雷达系统的整体及部分技术指标，同时了解其中各个部件的具体作用和要求。 本文首先简单介绍了微波交通检测器毫米波车流量检测雷达的检测目标散射特性，由此给出了车流量检测雷达系统的功能及测试原理。根据实际系统的要求提出了对车流量检测雷达系统的性能技术参数化要求，并确定了系统实际的工作频段和工作体制。 微波交通检测器越来越向小型化方向发展，数字雷达技术在雷达系统的发展中占了很重要的地位。在本车流量检测雷达系统中充分运用了数字雷达技术，在对系统介绍的情况下，接着提出了车流量检测雷达系统的整体框架结构，同时详细介绍了系统的软硬件设计。 本文针对数字雷达技术在车流量检测雷达中的应用，分别从实时信号处理、系统控制及信号波形产生方面给出了利用各种数字技术在系统中的运用，同时详细介绍了DSP、ARM、FPGA在车流量检测雷达中的硬件设计及软件设计。根据目前系统产品化的要求提出了实现SoC系统的设想。 微波车流量检测雷达要求使用方便，从而提出了系统小型化的要求，因此整个车流量检测雷达系统采用了微波集成电路与各种数字雷达技术相结合减小雷达系统的体积，这样就对系统的信号处理算法提出了很高的要求。在本文中，首先提出了一种根据车流量检测雷达系统的回波特性，适合车流量检测雷达的恒虚警率设计，方法简单而且实用，同时降低了系统虚警的概率；接着，从雷达系统接收机的灵敏度出发，为了提高系统的回波信号信噪比，在本系统中，对回波信号的采集数据采用了时间积累的算法即时域多点平均法，并且根据系统的具体硬件条件，提出了一种同步信号的获取方法，此方法无需改变原先硬件，并且实现简单；然后，根据目前的FMCW体制雷达传统的对目标的检测即对回波幅度谱最大峰值检测法以及单一门限法，存在的检测值跳跃及漏检的情况，本文中提出了区域检测及距离因子法来克服以上两种情况，此方法已经在车流量检测雷达及汽车防撞雷达中得到了应用；最后，车流量检测雷达的回波信号是一个非平稳信号，给检测带来了很大的误差，通过长时间信号积累的方法，利用时频分析法获取长时间雷达回波的特点，对时频分析灰度图利用图像处理的方法来克服回波信号所存在的零信号的情况；但是此种方法不能完全消除零信号带来

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 智能交通系统概述
• 1.2 微波雷达及其应用
• 1.3 车流量检测器研究现状
• 1.4 数字雷达技术发展
• 1.5 主要内容简介
• 第二章 车流量检测雷达系统设计
• 2.1 车流量检测雷达散射原理
• 2.2 车流量检测雷达功能及测试原理
• 2.3 车流量检测雷达频段及工作体制选择
• 2.3.1 车流量检测雷达频段选择
• 2.3.2 车流量检测雷达工作体制选择
• 2.4 系统参数分配
• 2.4.1 车流量检测雷达主要技术指标
• 2.4.2 车流量检测雷达主要技术参数设计
• 2.5 车流量检测雷达系统实现
• 2.5.1 系统硬件设计总体方案
• 2.5.2 系统软件设计总体方案
• 2.6 本章小结
• 第三章 车流量检测雷达数字电路设计与实现
• 3.1 数字信号处理电路设计
• 3.1.1 数字信号处理总体结构设计
• 3.1.2 A／D模块设计
• 3.1.3 DSP模块设计
• 3.1.4 DSP的软件设计
• 3.1.4.1 DSP的bootloader设计
• 3.1.4.2 DSP的软件设计
• 3.2 ARM硬件电路与系统软件实现
• 3.2.1 ARM的硬件设计
• 3.2.2 ARM的软件设计
• 3.3 FPGA信号发生器设计与实现
• 3.3.1 DDS优点及应用
• 3.3.2 调制三角波的硬件设计
• 3.3.3 调制三角波的软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 车流量检测雷达数字信号处理算法研究
• 4.1 一种自适应门限确定方法
• 4.1.1 恒虚警率原理
• 4.1.2 车流量检测雷达杂波分析
• 4.1.3 车流量检测雷达门限设计及测试结果
• 4.1.4 总结
• 4.2 一种提高回波信噪比的时域多点平均法
• 4.2.1 车流量检测雷达噪声分析
• 4.2.2 车流量检测雷达噪声影响分析
• 4.2.2 车流量检测雷达噪声消除及结果
• 4.2.3 车流量检测雷达噪声消除电路实现方法
• 4.2.4 总结
• 4.3 区域检测法
• 4.3.1 车流量检测雷达的最大谱峰值检测法
• 4.3.2 车流量检测雷达的区域检测法及DSP实现方法
• 4.3.3 总结
• 4.4 一种提高接收机灵敏度的距离因子法
• 4.4.1 单一门限检测法
• 4.4.2 中频电路缺陷
• 4.4.3 距离因子法及实测数据仿真结果
• 4.4.4 总结
• 4.5 消除车流量检测雷达系统零信号的时频法与相位检测法
• 4.5.1 零信号
• 4.5.2 时频分析在车流量检测雷达中的应用
• 4.5.3 相位法检测目标
• 4.5.4 总结
• 4.6 本章小结
• 第五章 车流量检测雷达FMICW体制研究
• 5.1 FMCW体制不足及一般克服措施
• 5.2 FMICW体制的应用
• 5.3 FMICW体制时序参数设计
• 5.4 基于FPGA器件的同步控制器设计
• 5.4.1 同步控制器的内部结构
• 5.4.2 FPGA器件的选择
• 5.4.3 仿真及实现
• 5.5 隔离度测试
• 5.6 本章小结
• 第六章 车流量检测雷达高距离分辨力研究
• 6.1 雷达波形设计理论
• 6.2 车流量检测雷达波形设计要求
• 6.3 线性调频脉冲压缩信号
• 6.4 混合高距离分辨力波形设计
• 6.4.1 频率步进与补码QPSK信号距离高分辨原理
• 6.4.2 互补码与频率步进信号的高分辨率混合波形设计
• 6.4.3 混合波形性能分析
• 6.5 车流量检测雷达混合信号产生电路实现
• 6.6 本章小结
• 第七章 基于FMCW体制的车流量检测雷达试验结果
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 英文缩略表
• 攻读博士期间发表论文
• 致谢
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