基于C6748 DSP+FPGA LFMCW雷达信号处理算法研究

Posted 2021-07-27 专注DSP+ARM+FPGA

随着中国经济的快速发展,生活水平的不断提高,汽车的使用率也得到大量普及,但汽车为人们的生活带来快捷便利的同时,安全事故发生的频率也随之增长,这不仅对人们的生命与财产安全带来了巨大的损害,也给社会的安定造成了极大隐患。近年来,随着前端单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC）和毫米波器件的发展,毫米波雷达技术日渐成熟,很多中高端车辆,甚至是普通的低端小轿车上都安装了毫米波雷达,这无疑给当今智慧城市的建设、无人驾驶领域的发展带来了极大的推进。本文介绍了毫米波雷达的基本特性,以线性调频连续波（Linear Frequency Modulated Continuous Wave,LFMCW）体制为依托,对毫米波雷达信号处理的三种方法进行了分析对比,针对其优缺点研究了各自的应用场景。最后,在理论分析的基础上搭建毫米波雷达系统硬件平台,设计基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA）和数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）的信号处理板,采用TMS320C6748这一款DSP作为主控,对信号处理算法进行实现,从而获取目标的有效信息。本论文的主要工作包括以下三个方面,具体工作如下:1、对毫米波雷达测距、测速、测角的原理进行了分析,并采用三种方案进行仿真与对比,包括多周期线性调频连续波、变周期正负线性调频连续波、正负线性调频连续波加单频信号。通过三种算法的对比,分析三种毫米波雷达信号处理算法的优缺点,并选择合适的算法移植到硬件DSP中实现;2、对24G天线与射频的方案设计,对天线的布局、天线的发射功率、天线的波束角、最大作用距离等指标的性能测试等;3、自行设计DSP信号处理模块,设计相关的硬件电路并绘制印制电路板（Printed Circuit Board,PCB）;采用FPGA+DSP的多核异构方式实现毫米波雷达信号处理板,并在DSP中设计有限长单位冲激响应（Finite Impulse Response,FIR）滤波器、快速傅里叶变换（Fast Fourier Transformation,FFT）、卡尔曼滤波等信号处理算法模块,最后将设计好的毫米波雷达信号处理算法移植到DSP信号处理模块中稳定实现基本的功能。 

1 评估板简介

• 基于TI OMAP-L138（定点/浮点 DSP C674x+ARM9）+ Xilinx Spartan-6 FPGA处理器；
• OMAP-L138 FPGA 通过uPP、EMIFA、I2C总线连接，通信速度可高达 228MByte/s；OMAP-L138主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；
• FPGA 兼容 Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平台升级能力强；
• 开发板引出丰富的外设，包含千兆网口、SATA、EMIFA、uPP、USB 2.0 等高速数据传输接口，同时也引出 GPIO、I2C、RS232、PWM、McBSP 等常见接口；
• 通过高低温测试认证，适合各种恶劣的工作环境；
• DSP+ARM+FPGA三核核心板，尺寸为 66mm*38.6mm，采用工业级B2B连接器，保证信号完整性； Ø
• 支持裸机、SYS/Bios 操作系统、Linux 操作系统。

图1 开发板正面和侧视图

XM138F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信迈XM138-SP6-SOM核心板设计的开发板，采用沉金无铅工艺的4层板设计，它为用户提供了 XM138-SP6-SOM核心板的测试平台，用于快速评估XM138-SP6-SOM核心板的整体性能。

XM138-SP6-SOM引出CPU全部资源信号引脚，二次开发极其容易，客户只需要专注上层应用，大大降低了开发难度和时间成本，让产品快速上市，及时抢占市场先机。不仅提供丰富的 Demo 程序，还提供详细的开发教程，全面的技术支持，协助客户进行底板设计、调试以及软件开发。

2 典型运用领域

• 数据采集处理显示系统
• 智能电力系统
• 图像处理设备
• 高精度仪器仪表
• 中高端数控系统
• 通信设备
• 音视频数据处理

图2 典型应用领域

3 软硬件参数

开发板外设资源框图示意图

图3 开发板接口示意图

图4 开发板接口示意图