基于ARM920T内核的24GHZ微波雷达测速仪设计与算法研究.pdf

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1、基于ARM920T内核的雷达测速仪设计与算法研究导读：为了提高目前公路交通中对车辆速度的监测手段，提出一种基于ARM(advancedRISCmachines)的新型雷达测速仪，结合多普勒测速原理和信号处理的谱估计法，介绍了由毫米波多普勒收发前端和SamsungS3C2410A处理器构成的雷达测速仪的整体设计，包括其硬件结构的设计和在ARM920T内核中实现基4时间抽取的快速傅里叶变换算法(fastFouriertransform，FFT)。实验结果表明，该雷达测速仪的测速精度可达±1km/h，其优化后的F

2、FT算法具有很高的精度和运行效率。关键词：ARM;雷达测速仪;FFT;多普勒效应;毫米波;超速行车0引言目前，国际上采用的测量违规超速的方法有很多种，主要包括线圈法、图像处理法、激光测速法、雷达测速法等[1]，其中基于多普勒效应的毫米波雷达测速仪具有精确、易携带、智能化等优势，在公路测速中得到越来越广泛的应用[2]。而随着ARM处理器的广泛应用以及体系的加强，使得ARM可在很多场合代替DSP的应用，并且其丰富的外围控制模块和底层硬件资源，可以使用ARM单核便能完成传统的DSP处理器加单片机的双核任务，简化由

3、DSP芯片组成的复杂硬件设计[3]。所以本文结合实际工程需要，用ARM处理器来设计雷达测速仪，并且实现了在ARM920T内核中的基4时间抽取的FFT算法[4]。1基于ARM920T内核的雷达测速仪的设计本文设计的基于ARM的雷达测速仪主要包括了两部分：雷达收发前端和雷达信号处理系统。因为雷达收发前端已有多种成熟产品，本设计采用瑞士RFbeam公司的24GHz的微波传感器，线极化，正交场频，输出功率为50mW，天线增益为25dB，既能满足公路测速的性能指标要求，同时也兼顾了功耗。而雷达信号处理系统的设计才是本

4、文的重点和创新所在。1.1多普勒测速原理雷达对目标速度的测量主要利用电磁波照射在运动目标上所产生的多普勒效应来进行。由雷达收发前端发出固定频率的电磁波，该电磁波在行进的过程中碰到物体时会被反弹回来。若所碰到的物体是固定不动的，那么反弹回来的电磁波及其频率不会改变；若所碰到的物体是朝着电磁波发射的方向前进，此时反弹回来的电磁波将会被压缩，其频率将会增加；反之，若远离波源运动时，接收到的回波频率则比波源的发射频率要低。频率升高或者降低的数值为多普勒频率[5]。由式(1)决定(1)式中：——多普勒频率，——目标车

5、辆的速度，——光速，——雷达的发射波频率，即为所选用的雷达收发前端的工作频率，等于24GHz。由式(1)可以得到(2)式(2)可以看到其它变量都是已知的，只要我们测出了，就可以计算被测目标速度。1.2基于ARM的雷达信号处理系统的硬件设计雷达收发端发射频率为24GHz的电磁波，经运动目标反射回来后，通过混频将输出一个100mv左右的类正弦信号，该信号的频率即为我们所要采集的多普勒频率。因为雷达收发前端输出的雷达信号非常微弱并且存在多种干扰，这就需要设计了一个放大电路来放大信号和一个带通滤波电路来通过有用信号

6、，阻止干扰信号，这样经过低频放大后的模拟信号将送入ARM的AD模块进行采样，又因为S3C2410A自带的8通道模拟输入的10位模数转换器的模拟输入范围为0-3.3V，所以还需添加一个3.3V以下的限幅电路(此处选3V)，以保证不会烧坏ARM处理器。对于带通滤波器的设计，我们采用MAXIM公司的通用型有源滤波器MAX275。运用其实现对雷达信号的四阶巴特沃斯Butterworth有源滤波，设置通频带为222Hz-11kHz，这样通过式(2)马上可知测速范围为5—250km/h，完全能满足交通执法的测速要求；对

7、于可调放大器的设计，我们采用双电源供电的集成运算放大器OP07，首先由OP07构成一个电压跟随器，主要起一个阻抗变换的作用，用于提高输入阻抗，降低输出阻抗。电压跟随器的输出接另一个OP07构成的放大电路，该电路可以根据输入信号的值，计算相应放大倍数，调节可调电阻，实现在0-34dB范围内可调；对于3V限幅电路的设计，由TI公司生产的TL431和一个3V的稳压二极管1N4727构成，从而使得输出信号在3V以内时正常输出，超过3V的输出信号则以3V输出[6]。雷达信号预处理后的模拟信号，将输入到ARM中的ADC

8、模块进行采样，变换成数字信号后，再使用ARM来进行数字信号处理，最后由ARM控制模块实现与PC机的通信，键盘设置超速阈值，显示屏显示实时速度，蜂鸣器报警违规超速等功能。通过存储器扩展设计，不但能满足雷达测速系统的存储需求，而且还能为日后嵌入系统实现更强大的测速及附加功能提供存储资源。该部分的硬件框图如图1所示[7]。图1系统硬件框架经滤波电路、放大电路、限幅电路仿真后的信号如图2所示。在图中我们可以明显的看出，经