77GHz汽车防撞雷达信号处理设计与实现

Posted 2021-09-11 专注DSP+ARM+FPGA

近年来,汽车自动驾驶越来越受到关注。毫米波汽车雷达是汽车自动驾驶的关键技术之一,它具有性能稳定、测量精度较高、成本较低等优点。本文针对汽车防撞雷达系统中信号处理部分开展研究,包括信号处理平台的搭建及相关测距测速等算法的研究。

      首先概述了汽车防撞雷达的研究背景与现状,介绍了 77GHz汽车防撞雷达的基本原理及整体方案。研究了基于OMAPL138平台的DSP板与毫米波前端间的通信设计,以及OMAPL138与HMC703、AD8285、AD8334和陀螺仪间的通信方式。介绍了调频连续波雷达的测距、测速和测角原理,给出了雷达算法的MATLAB和Code Composer Studio仿真实现。最终的算法实现可在OMAPL138上正确运行,经测试可提供较高的精度。最后,本文介绍了对雷达测距算法的优化。由于栅栏效应,FFT不能提供准确的信号频率。本文介绍了常用的几种频率估计算法及其频偏估计误差,在此基础上提出并实现了一种基于FFT系数和M-Rife的混合频率估计算法。该混合算法使用FFT系数,避免了单独的幅度信息容易受噪声干扰的问题,在计算频率偏移量时,采用M-Rife算法保证了频率的估算精度。

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