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道路交通监测应用的毫米波MIMO 雷达设计与实现
| 论文题名： | 道路交通监测应用的毫米波MIMO 雷达设计与实现 |
| 关键词： | 路侧交通监测;毫米波MIMO雷达;时频分析;PCA算法;微多普勒 |
| 摘要： | 随着城市的发展，交通设施承受着不断增长的压力，人口和汽车的增长给道路交通带来了挑战。在交通系统中，由于行人处于弱势地位，对保护弱势群体的重视不断增强。车路协同技术提供了一种新的解决方案，其中毫米波雷达是当前研究的热点技术之一，但现有研究主要集中在汽车自动驾驶领域。因此，本论文旨在研究毫米波MIMO雷达技术在路侧交通监测中的应用，设计并实现行人和车辆识别与预警系统，以提高城市道路交通的安全性和通行效率。 本研究采用基于时频分析的雷达信号处理方法，结合微多普勒和PCA算法实现了一套行人车辆检测识别系统。系统由两个主要平台构成：AWR1642提供射频前端，ZYNQ7000用于处理雷达信号和算法加速。同时使用了ZYNQ7000中的ARM核搭载RTOS系统实现了软件部分，利用FPGA逻辑单元进行算法加速以提高系统实时性。此外，论文重点探究了PCA算法在识别任务中的应用。本文主要工作如下： 1：基于微多普勒信号，探究了行人与车辆的运动模型，并采用短时傅里叶算法对两者回波信号进行了仿真分析。结果表明，行人与车辆在时频信息上存在明显差异。 2：采用PCA算法对行人车辆的多普勒累积样本进行了降维处理，以降低算法运算量并提高运算效率。在所设计的硬件平台上，对行人和车辆各采集了100个样本进行分析，并探讨了维度和样本大小对预测精度的影响。 3：本文采用Verilog电路对PCA算法进行了实现和封装。针对PCA算法的算法流程进行了分解，将运算过程分解为两个步骤，并设计了改进后的矩阵乘法来适应PCA算法流程，提高计算效率。在接口方面，采用了AXI4.0总线协议，将整个模块封装成标准IP，以方便系统调用。 根据实验结果显示，当维度为3，样本大小为64 × 20时，PCA算法在硬件表现方面表现最佳。该算法对行人和车辆的预测准确率达到了90%，并且运算时间为6.2us。此外，该模块所需的资源较少，仅使用了2.02K的LUT、5.19K的Register和10个DSP48单元。 |
| 作者： | 罗仕宽 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 陈会 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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