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基于LFMCW的车辆检测雷达的FPGA信号处理设计与实现
| 论文题名： | 基于LFMCW的车辆检测雷达的FPGA信号处理设计与实现 |
| 关键词： | 车辆检测雷达;信号处理系统;FPGA;CSI-2协议;Keystone变换 |
| 摘要： | 在现代社会，随着智能化高速公路交通管理的飞速发展，交通道路的信息采集技术显得尤为重要，而线性调频连续波（LFMCW）雷达因其距离分辨能力高，抗干扰能力强等优点为高速公路车辆目标检测提供了思路。本文完成了基于LFMCW的车辆检测雷达的FPGA信号处理系统的设计与算法实现，适用于高速公路车辆检测的场景。 本论文主要完成了以下几项工作： (1)完成了系统方案的设计与仿真。首先分析了任务需求和参数指标，然后根据LFMCW雷达的工作原理，结合实际情况给出了车辆目标检测雷达信号处理的完整的信号处理流程。其中分别使用Keystone算法和速度模糊数补偿解决了高速公路车辆目标检测中遇到的距离走动问题和速度模糊问题，最后在MATLAB环境下编写程序进行仿真实验，验证了整个信号处理流程的可行性。 (2)设计了系统硬件电路。通过多个不同角度的分析，确定了硬件整体设计方案。从芯片选型、功能实现和设计注意事项三个方面对各个模块的电路设计作了说明，其中包括FPGA芯片、电源模块、时钟模块、DSP模块、接口模块以及DDR3模块。 (3)实现了基于FPGA的CSI-2接口通信。首先对CSI-2通信协议的协议机制进行了详细的分析，随后采用模块化的思想，将整体通信功能分割为发送模块、接收解包模块以及数据重组打包模块三个子模块来实现。在发送模块中，借助FIFO解决了输入数据侧和D-PHY侧间的跨时钟域问题。 (4)完成了信号处理算法的FPGA硬件实现。基于理论仿真部分给出的系统设计方案，在FPGA硬件电路上完成对系统设计方案的具体实现和高效优化。从功能分析，功能实现、仿真时序验证三个方面对FPGA硬件实现中的主要子模块包括初始化配置模块、DBF波束形成模块、SRIO通信模块、数据重排模块、Keystone变换运算模块、速度模糊数补偿以及脉压/MTD处理模块作了详细的说明。其中针对Keystone变换系数生成所常用的查找表法中存在的资源消耗问题，设计了一种查找表与CORDIC核相结合的系数生成方案，降低了硬件的资源消耗。 本文设计的基于LFMCW的车辆检测雷达的FPGA信号处理系统，实现了对高速公路目标的实时检测，并解决了使用传统雷达探测方法，探测高速车辆目标时存在的距离走动与速度模糊问题，通过射频模拟板对信号处理系统上各个功能模块的验证与测试，其基本完成了数据传输与信号处理的功能。 |
| 作者： | 黄璇 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 顾红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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