[发明专利]基于多频移键控体制的车载雷达目标测量系统及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及车载雷达信号处理领域，特别是基于多频移键控体制的车载雷达目标测量系统及运行方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高和科技的发展进步，汽车已经成为大家出行的代步工具，其给人们带来方便的同时也带来了一定的安全隐患。近年来，交通事故频发，很大程度都是由于司机的视线模糊或是反映速度缓慢造成的，如果可以研发一种汽车驾驶辅助系统，及时发现危险提醒司机，就可以避免很多生命财产损失。

如今市面上出现了多种车载系统，它们各有优缺点，其中雷达系统相比于可视化车载系统，不受天气、温度、湿度等外在条件的影响，同时高精度、远距离的测量性能使车载雷达系统在很多方面都得到了应用和发展。比如自适应巡航控制(ACC)、防撞系统(CAS)、预碰撞系统(Pre-Crash)、停车辅助系统(Parking Aid)等。这些车载雷达系统的基本原理是信号处理单元控制射频单元产生相应的信号，通过阵列天线发射出去，遇到目标后信号返回再被天线接收，接收信号与发射信号在射频单元做差频处理，得到的差频信号由信号处理单元进行相应的计算处理得到目标的状态信息。这些系统的使用可以有效地避免交通事故的发生，具有很大的研究前景和市场价值。

车载雷达系统研究和发展中的技术挑战是同时测量多个目标的距离、径向速度、方位角等信息，其中波形体制的设计影响了这些要求的实现。目前常见的两种波形体制有线性调频波(LFM)和频移键控(FSK)波形，传统的LFM波形体制雷达提供了很高的距离和速度分辨率，但是不能解决多目标情况下的虚假目标问题；而FSK波形体制的雷达系统具有很高的速度分辨率并且可以规避虚假目标问题，但是在距离求解方面存在弊端，无法测量静止目标和多个具有相同径向速度的目标。

为了解决LFM和FSK体制存在的问题，一些改进的波形体制目标测量方法被提出，其中有变周期LFMCW多目标识别方法、变周期梯形波雷达距离速度测量方法、双周期变斜率锯齿波信号等。然而这些方法都无法同时兼顾测量精度和运算量，为系统的硬件实现带来了很大的难度，导致研发成本过高，不利于进一步的商业开发。

发明内容

针对现有车载雷达系统多目标测量方面存在虚假目标、无法同时测量多种状态目标、计算量大等问题，本发明提供了一种多频移键控(MFSK)体制的车载雷达目标测量系统，该系统具有调制信号精度高、数据处理速度快、结构简单、体积小等优点。

基于多频移键控体制的车载雷达目标测量系统，包括电源模块、分别与电源模块连接的FPGA信号处理模块、雷达传感器模块及结果显示上位机，其中：

雷达传感器模块包括阵列天线、射频电路和锁相环电路；

FPGA信号处理模块包括数据采集模块、锁相环控制模块以及数据处理模块；

FPGA信号处理模块的锁相环控制模块产生SPI控制信号，控制雷达传感器模块中的锁相环电路产生MFSK调制信号，然后将信号送入射频电路，射频电路对调制信号进行上变频处理，并将信号通过阵列天线发射出去，信号遇到目标被反射回来，阵列天线接收回波信号；射频电路再对回波信号做下变频和差分处理，得到I、Q两路正交模拟信号；数据采集模块对I、Q两路正交模拟信号进行采样转化为数字信号，然后将数据送入数据处理模块进行处理和计算，最后将计算结果输出到结果显示上位机上。

所述的锁相环控制模块根据系统对调制信号类型、周期、幅度等指标要求，调整寄存器参数，并以SPI通信的形式输出相应的控制信号，来配置锁相环电路，同时为锁相环电路的正常工作提供时钟，以及天线增益的控制信号。

所述的锁相环电路由锁相环芯片和相应的外围电路构成，主要是根据锁相环控制模块的时钟和控制信号，产生相应的MFSK调制信号。

所述的射频电路接收来自锁相环电路的VCO调制信号，对该信号进行调制上变频处理，然后将处理后的信号接到阵列天线。同时射频电路对阵列天线接收的回波信号做下变频处理，并将下变频后的信号与上变频信号做差频处理和正交变换，得到正交的两路I、Q信号。

所述的阵列天线为平面的微带天线，体积较小，功率较低。其包括发射单元和接收单元，主要负责将射频电路调制后的数据发射出去，并接收回波信号，送入射频电路做进一步处理。

所述的数据采集模块由模数转换电路构成，主要是采集雷达传感器模块输出的I、Q两路信号，将这些模拟数据转化为数据处理模块可以识别的数字信号。其中采集模块的采样频率由回波差频信号的最大频率决定，采样频率一般取大于等于2倍的最大差频频率。