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《中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)》 2008年
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基于DSP的数字车流量检测雷达关键技术研究

郑纯  
【摘要】: 随着智能交通系统在城市交通建设中的迅速发展,系统中的各个环节发生着越来越紧密的联系,所采用的技术也在不断更新,向着更准更快更兼容的方向进一步的拓展。作为智能交通系统中不可或缺的一环-车流量检测系统,也经历了由最初的单一的接触式测量方式到互相辅助的混合型非接触测量方式转化等一系列的变化。作为一种典型的非接触式测量器,微波车流量检测雷达具有优良的特性,使用方式简便,其应用前景十分广阔。 本文以调频连续波体制下的雷达工作原理以及微波车流量检测雷达各项功能的应用为背景,以第一代微波车流量检测雷达功能框架为基础,通过对数字雷达技术的硬件和软件的多角度深入研究设计和改进,实现一个准确度高,功能多样化,可扩展可持续发展的全天候产业化流量检测系统,并解决各种从科研产品过渡到工业产品时所面临的问题,为系统产业化打下良好基础,满足其嵌入更广大的智能交通系统所需要的各种要求。 本文首先介绍了雷达的工作原理,并对不同的雷达工作体制的原理以及应用作了简单的介绍。详细介绍了如何根据实际系统的要求提出车流量检测雷达系统的性能技术参数化要求以及该检测系统的实际工作体制和工作频段等各项指标。 为了使整个车流量检测系统使用更加方便,符合小型化的要求,大量数字化技术的运用仍是十分理想的选择。但是在基于ARM的第一代车流量检测雷达中,其信号处理部分比较繁琐,采用了ARM,DSP,FPGA等多种器件,数字板体积大,不利于与雷达前端结合,没有充分利用器件的功能。本文针对系统的实际要求,基于DSP芯片实现雷达信号处理部分所需的全部功能,详细介绍了DSP芯片的使用开发方案,提出了硬件及其驱动软件的设计方法。 另一方面,车流量检测系统的信号处理算法部分的设计也是保证系统精确度的重要因素。本文首先介绍了系统的原始算法结构,然后将整个算法分割为若干模块,针对这些不同模块提出了各种算法改进方案。首先提出了提高信号采集模块性能的若干算法改进,比如如何优化选择系统的采样频率以及归一化频谱变换在DSP中的必要性和应用方法;接下来基于现有的目标判定模块提出多次判定检测法,以便在系统零信号出现时,最大程度保证系统检测概率的准确度。最后阐述了一种能有效提高雷达测量精度的背景功率谱识别方法,提出并实现了该算法在DSP中运行的方案,详细论述它是如何有效的提高了系统的检测精度。此方法已经在车流量检测雷达中得到了应用,实验效果明显。 在大量的实地外场实验和各种可靠性测试后得到了很多有效的实验数据。实验结果较好的证明了该系统的可行性和优良性,同时通过对数据的分析和评测,也发现了系统的一些问题,综合实验数据和测试过程中遇到的各种问题,本文首先提出了基于现有芯片的几个改进方案,使用不需要CPU干涉的DMA方式产生雷达调治信号以及利用不同的实时时钟中断方式来满足系统信息传输模块的需求,另外还介绍了一种标准的Modbus通信协议来提高串口传输数据的稳定性和准确性。然后从更换更有效的DSP芯片TMS320VC5502的角度出发,将两款芯片进行了性能上的对比以及相应的驱动更改方案,针对在新芯片的各项功能在重构该系统提出了驱动设计的主体框架结构。
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