毫米波雷達(dá)測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u11239引言 132121第1章緒論 3158591.1背景 3234601.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3105291.3主要研究內(nèi)容及目標(biāo) 4166851.4本章小結(jié) 423282第2章毫米波雷達(dá)測距原理 5321502.1毫米波雷達(dá)組成 5176012.2毫米波雷達(dá)特性 595142.3調(diào)制連續(xù)波測距原理 622687(a)發(fā)射信號(hào)，接收信號(hào)頻率時(shí)間曲線 773932.4本章小結(jié) 724103第3章電路設(shè)計(jì) 8129003.1電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8263503.2電路系統(tǒng)組成 823653.3本章小結(jié) 1210106第4章軟件設(shè)計(jì) 12118924.1測距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 12248044.2本章小結(jié) 1428201第5章測試與實(shí)驗(yàn) 15103835.1雷達(dá)系統(tǒng)組裝 1589405.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集 1516945.3本章小結(jié) 1613534第6章總結(jié)與展望 17268926.1總結(jié) 17283916.2展望 17引言毫米波雷達(dá)（millimeter-wave

radar）是一種基于K毫米波段的調(diào)頻毫米波微波天線測距感應(yīng)雷達(dá)。現(xiàn)如今有三種比較通常的毫米波雷達(dá)，其中包括24GHz頻段，77GHz頻段及81GHz頻段。毫米波的波長較短，穿透能力很好，測量精度相對(duì)很高，故應(yīng)用于多種應(yīng)用程序。如汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)直接碰撞預(yù)防系統(tǒng)、戰(zhàn)場監(jiān)視測量和目標(biāo)捕獲等。短距離測距是科學(xué)研究的重要目標(biāo)，無接觸式測距方式具有維護(hù)簡單，工作效率極高等優(yōu)點(diǎn)，很受大眾市場的喜歡。目前距離測量的應(yīng)用主要有超聲波雷達(dá)測距法、毫米波雷達(dá)測距法和激光雷達(dá)測距法幾種。超聲波雷達(dá)測量的特點(diǎn)是超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)木嚯x很遠(yuǎn)，穿透力很好，具有很好的方向性，但傳播緩慢，不能在需要快速移動(dòng)的某些區(qū)域快速準(zhǔn)確地測量距離，不能測量更大的距離，用激光雷達(dá)測定距離的特點(diǎn)是精度高，測量范圍很大，有很好的穩(wěn)定性，但對(duì)人的安全性下降，費(fèi)用昂貴，而且暴露在環(huán)境中，使用很有局限性。毫米波頭具有良好的抗煙、霧、塵能力，具有全天候特性，毫米波雷達(dá)不僅能探測到目標(biāo)的距離，而且還能測定移動(dòng)目標(biāo)的速度，具有結(jié)構(gòu)性簡單，低排放電力，高接收感應(yīng)度，距離差別，障礙阻力及低環(huán)境要求等優(yōu)點(diǎn)。因此，毫米波自動(dòng)控制通信系統(tǒng)在目前現(xiàn)代化的軍事，農(nóng)業(yè)，交通等很多工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方面都已經(jīng)有著廣泛的技術(shù)研究。在實(shí)際生活中，在很多領(lǐng)域都有著廣闊的使用空間。其中，在軍事領(lǐng)域，用于戰(zhàn)場監(jiān)測和目標(biāo)捕獲以及毫米波跟蹤引導(dǎo)和火控；在汽車駕駛領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)汽車的防碰撞系統(tǒng)；在飛行領(lǐng)域，可用于直升機(jī)防撞系統(tǒng)。這幾年以來，隨著農(nóng)產(chǎn)業(yè)的不斷興起，毫米波雷達(dá)應(yīng)用更加廣泛，將毫米波雷達(dá)應(yīng)用于無人機(jī)上，通過精準(zhǔn)測量到地面距離，向農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥，這大大提高了工作效率，同時(shí)也減少了人力。本文章主要介紹了24G微波毫米波感應(yīng)雷達(dá)模塊短距離測距的工作原理及內(nèi)部設(shè)計(jì)，并給出測量結(jié)果。第1章緒論1.1背景隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，電子信息技術(shù)等許多當(dāng)代高科技技術(shù)廣泛地應(yīng)用到軍用系統(tǒng)和民用系統(tǒng)的各個(gè)方面。無接觸式的測距方式工作效率很高，很受現(xiàn)代化市場的喜愛。在所有的電磁頻帶中，毫米波頻帶的雷達(dá)通信系統(tǒng)具有傳播快，設(shè)備靈巧，發(fā)展大等優(yōu)點(diǎn)，軍事應(yīng)用前景廣闊。對(duì)于民用來說，它在探測，農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)，交通防撞等方面也有廣泛的用途。短距離測距是毫米波測距實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo)，其中無接觸測量距離的方法包括三種：超聲波測距法、毫米波測距法及激光測距。超聲波測量的缺點(diǎn)是超聲波傳播緩慢，不能在需要快速移動(dòng)的某些區(qū)域快速準(zhǔn)確地測量距離，方向性差，發(fā)散角大，不能測量更大的距離。用激光測定距離的缺點(diǎn)是，對(duì)人的安全性下降，費(fèi)用昂貴，而且暴露在環(huán)境中。毫米波頭具有良好的抗煙、霧、塵能力，具有全天候特性，毫米波雷達(dá)不僅能探測到目標(biāo)的距離，而且還能測定移動(dòng)目標(biāo)的速度，具有結(jié)構(gòu)性簡單，低排放電力，高接收感應(yīng)度，距離差別，障礙阻力及低環(huán)境要求等優(yōu)點(diǎn)。因此，通過比較毫米波雷達(dá)在測距方面有很大的優(yōu)勢。 表1.1毫米波雷達(dá)、通信等系統(tǒng)發(fā)展的平均形態(tài)系統(tǒng)最廣泛研制的頻率(GHz)衛(wèi)星通信28本地通信65雷達(dá)87遙感176射電天文學(xué)460由表1.1可以看出，毫米波雷達(dá)與其他通信系統(tǒng)相比較在測距功能上有很大的優(yōu)勢，這也讓毫米波雷達(dá)不僅僅是在軍用上，在實(shí)際生活中，在許多畛域都有著寬泛的使用。因此毫米波雷達(dá)未來的潛力巨大，具有很大的研究意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀毫米波雷達(dá)是一種傳感器，是系統(tǒng)的前面部分，它能準(zhǔn)確的發(fā)射和接收毫米波，是一種很重要的系統(tǒng)器件，在國內(nèi)外有著非常長遠(yuǎn)的發(fā)展進(jìn)程。西方國家的毫米波雷達(dá)史：在早期產(chǎn)生毫米波能量的最重要信號(hào)是通過復(fù)印機(jī)和熱電毫米波能量。毫米波的使用開始于毫米波雷達(dá)。在二戰(zhàn)后期，英，法等國家開始使用的雷達(dá)從10G赫茲擴(kuò)展到了ka頻率。和20世紀(jì)80年代的毫米波雷達(dá)相比，光學(xué)電磁波雷達(dá)等有其自身的特色，主要應(yīng)用在短距離范圍全天候和電場的環(huán)境，在生產(chǎn)和精確毫米波元件等克服困難方面應(yīng)用了毫米波技術(shù)。在20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了幾十種毫米波的軍用防空雷達(dá)控制系統(tǒng)，它的主要用途廣泛，并可用于低空自動(dòng)防控以及火力自動(dòng)控制，戰(zhàn)場遙控監(jiān)測，機(jī)載監(jiān)控制度，導(dǎo)彈遠(yuǎn)程制導(dǎo)和船載制導(dǎo)遠(yuǎn)程導(dǎo)彈，精品武器導(dǎo)彈，戰(zhàn)術(shù)攻擊目標(biāo)的跟蹤截取，分類，識(shí)別等多個(gè)方面。1978年，美國陸軍研制出一架定位，攔截和目標(biāo)毫米波雷達(dá)，它裝在坦克上，無論在干凈的環(huán)境還是在惡劣的環(huán)境中，都具有探測和跟蹤目標(biāo)的能力，在能見度低，煙霧彌漫的情況下，都比紅外線系統(tǒng)要好得多，目前正在開發(fā)出1800-Ⅱ型和1800-Ⅲ型，已經(jīng)體現(xiàn)出小體積，數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。英國宇航公司為了成功研制出毫米波雷達(dá)，在探測系統(tǒng)的兩個(gè)階段地面實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，十年后，三個(gè)階段的飛機(jī)搭載雷達(dá)實(shí)驗(yàn)都識(shí)別了綜合參數(shù)，并在應(yīng)用在軍用飛機(jī)的船艙內(nèi)，完成了飛行性能的檢驗(yàn)。在荷蘭被稱為“gb球探”的FMCW雷達(dá)可以測定人們進(jìn)入的飛機(jī)及車輛的距離，它體積小，而且可以裝在吉普車上，因此可以作為“便攜式”使用。在20世紀(jì)80年代，我國在石家莊首次開展了毫米波雷達(dá)研究會(huì)議。從那時(shí)起，許多研究所開展了毫米波元件和系統(tǒng)的開發(fā)研究工作，成功開發(fā)出了許多新款的毫米波元件，如轉(zhuǎn)軸及4毫米波紋前進(jìn)動(dòng)機(jī)等電子真空器件，特別是轉(zhuǎn)軸研制取得了很大進(jìn)展。2009年，湖南華諾成功地開發(fā)出了生物探測器等裝置。沈陽自動(dòng)化研究所開發(fā)出了利用交通現(xiàn)狀等的監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)探測和防止沖擊雷達(dá)的監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)。目前，我國境內(nèi)的毫米波雷達(dá)企業(yè)有很多家，如深圳安智杰的24G后向雷達(dá)已經(jīng)開始大批量出貨并且已經(jīng)擁有了77G的相關(guān)產(chǎn)品。此外，我國還研制出了毫米波儀器，研制出了Ka,U,W波段的天線，收發(fā)系統(tǒng)。總體上看，與其他西方發(fā)達(dá)的國家相比較，我國毫米波雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)還存在很大的晉升空間。不過我們會(huì)不斷的改進(jìn)和研究，借鑒其他成功的例子，努力趕上世界的腳步。1.3主要研究內(nèi)容及目標(biāo) 毫米波雷達(dá)最基本的功能是捕捉目標(biāo)，測定目標(biāo)距離，通過接收的后端中頻信號(hào)通過回路處理中頻信號(hào)，包括對(duì)測定目標(biāo)的各種雜波，以及不同變調(diào)波在內(nèi)的目標(biāo)信息的測量應(yīng)用線性fm波，無論用哪種調(diào)制方式，處理必要時(shí)的中頻信號(hào)的系統(tǒng)都是關(guān)鍵。目標(biāo)的信息體現(xiàn)在頻率上，可以用快速傅立葉變換進(jìn)行快速計(jì)算。根據(jù)天線已經(jīng)知道的雷達(dá)對(duì)接收到的毫米波進(jìn)行發(fā)射，接收機(jī)傳播途徑和目標(biāo)的參數(shù)等計(jì)算反射信號(hào)的強(qiáng)度，基本關(guān)系式是所研究雷達(dá)的方程，我們的雷達(dá)方程的目的當(dāng)然是研究出毫米波雷達(dá)的作用距離，還有在毫米波雷達(dá)設(shè)計(jì)中對(duì)正確選擇雷達(dá)的各內(nèi)線因子有著極其重要的指導(dǎo)意義。1.4本章小結(jié)本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)24G毫米波微波毫米波雷達(dá)，通過實(shí)現(xiàn)毫米波距離測定電路和軟件設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析等結(jié)果，實(shí)現(xiàn)課題設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

第2章毫米波雷達(dá)測距原理2.1毫米波雷達(dá)組成毫米波發(fā)射雷達(dá)系統(tǒng)是一種非接觸型微波傳感器，由發(fā)射器，接收器，信號(hào)處理器，天線和圖像顯示器五大部分共同組成。它的工作原理是雷達(dá)發(fā)射器發(fā)射信號(hào)，通過接收器傳給天線，天線把電磁波能量結(jié)合到大氣中，雷達(dá)天線通常情況下會(huì)向一個(gè)方向大量傳播，其中一部分傳輸?shù)碾姶拍芰繒?huì)被目標(biāo)物體反射到雷達(dá)方向，把反射回來的能量傳播出去，然后再返回發(fā)射器中。毫米波雷達(dá)測距原理應(yīng)用了多普勒效應(yīng)。一天，多普勒正在過一個(gè)十字路口，當(dāng)火車駛近時(shí)，汽笛聲變大了，而當(dāng)火車靠近時(shí)，汽笛聲變細(xì)變長了，而當(dāng)火車靠近時(shí)，汽笛聲變小了，而音符卻變得雄健起來。他對(duì)這一物理現(xiàn)象進(jìn)行了很有興趣的研究，進(jìn)而產(chǎn)生了多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)可以應(yīng)用于各種波中，毫米波也同樣適用。2.2毫米波雷達(dá)特性2.2.1多普勒效應(yīng)雷達(dá)目標(biāo)回波的多普勒頻移fd表示為Fd=-2νr/λ(2.1)其中，νr為徑向速度，λ為波長。2.2.2天線波束寬度“分辨率的含義是雷達(dá)在顯示器上可以分別出的兩個(gè)測量物體的最小實(shí)際距離，雷達(dá)的角分辨率主要與天線的波束寬度有關(guān)”REF_Ref9709\r\h[1]。其中，天線孔徑為D的天線方向圖的波束寬度θ與天線波長λ的關(guān)系式可表示為θ=kλ/D(rad)(2.2)其中，k為常數(shù)。表2.1中分別列舉了一些通用天線發(fā)射直徑和電波束寬與無線雷電發(fā)射頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從上圖表中我們可以明顯看出，雷達(dá)的天線應(yīng)用波束頻率與雷達(dá)天線的應(yīng)用波束寬度之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系。表2.1天線波束寬度與雷達(dá)頻率關(guān)系天線孔徑/m波束寬度頻率/GH01—55.416.78.90.120.85.71.80.91.02.20.380.210.11因此，對(duì)于毫米波雷達(dá)來說提供的窄天線波束具有許多優(yōu)勢，毫米波雷達(dá)可以獲得非常高的角分辨率，在云雨天氣下依然可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的空間分辨，同時(shí)減少地雜波影響，可以分辨出多個(gè)近距離目標(biāo)。2.3調(diào)制連續(xù)波測距原理“毫米微波的波形主要的產(chǎn)生方式有直接或者間接，波形的直接獲取和產(chǎn)生的方法通常都是由射頻調(diào)整的毫米波波源進(jìn)行直接獲取，實(shí)現(xiàn)一個(gè)預(yù)期的無線波形”REF_Ref2330\r\h[2]。間接獲得的產(chǎn)生波形的途徑一般為先在毫米波或無線不同頻率兩個(gè)波段中直接出現(xiàn)一個(gè)具有預(yù)期的無線波形，再使用一些信號(hào)變換處理技術(shù)來間接獲得毫米或微波的預(yù)期波形。在載波的應(yīng)用中主要采取兩種濾波方式，包括單載頻連續(xù)波以及調(diào)制連續(xù)波，單載頻連續(xù)波雷達(dá)與調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)相比較不僅僅因?yàn)樗梢源_定測量速度，它還能夠確定測量距離。因此選用連續(xù)波。發(fā)射器的信號(hào)波為TX

，其輸出頻率與發(fā)射時(shí)間長度存在一定的度量關(guān)系。發(fā)射器送出去的信號(hào)波TX在遇到接收目標(biāo)信號(hào)物體之后會(huì)被激光反射，接收器則用于接收目標(biāo)信號(hào)的波RX，信號(hào)從終端發(fā)射到達(dá)接收器的過程之間存在固定的一段時(shí)間間隔，以這一段時(shí)間間隔為一個(gè)間隔，即可得到一個(gè)頻率差值輸出信號(hào)，將這個(gè)頻率差值輸出信號(hào)進(jìn)行FFT頻率變換，兩個(gè)波峰之間的頻率差和目標(biāo)物體距離D之間存在一定的頻率關(guān)系,進(jìn)而算出目標(biāo)距離。1.FMCW調(diào)制“FMCW連續(xù)波雷達(dá)主要包括兩種雷達(dá)調(diào)頻方式，即采用鋸齒波和三角波調(diào)制進(jìn)行雷達(dá)調(diào)制，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)主要工作原理是通過改變雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的時(shí)間頻率以及通過測量雷達(dá)接收到的信號(hào)和發(fā)射出的信號(hào)之間的相對(duì)頻率(即頻率差)從而來確定雷達(dá)到目標(biāo)物體之間的相對(duì)距離”REF_Ref77\r\h[16]。通過對(duì)雷達(dá)芯片進(jìn)行調(diào)頻，可以清楚地看出通過雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)與接收的信號(hào)頻率隨時(shí)間而變化的基本規(guī)律曲線圖如圖2.3所示，在時(shí)間軸上存在接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差τ，即兩個(gè)連續(xù)波峰之間的距離，即從雷達(dá)上發(fā)射到目標(biāo)再返回到雷達(dá)接收器上的時(shí)間。則距離R可表示為:R=cτ/2(2.3)其中，c為電磁波的傳播速度。fbfbfb+Δfb+Δf發(fā)射接收接收ttττfb-Δfb-ΔfTM(a)發(fā)射信號(hào)，接收信號(hào)頻率時(shí)間曲線fbfbffb+fbfb-tt(b)差頻信號(hào)頻率時(shí)間曲線圖2.1收發(fā)信號(hào)的頻率時(shí)間曲線由圖2.1中圖形的幾何關(guān)系得：τ/Δf=TM/2B(2.4)其中，TM表示周期，B表示調(diào)制帶寬，將(2.3)代進(jìn)(2.4)中，化簡后可得到距離R：R=(cTM/4B)Δf(2.5)由此我們可充分看出，雷達(dá)的信號(hào)調(diào)制距離帶寬和目標(biāo)調(diào)制周期在一定情況下，目標(biāo)距離R和雷達(dá)信號(hào)頻率Δf成一個(gè)比例關(guān)系，所以若我們能從頻譜中得知中頻雷達(dá)信號(hào)調(diào)制頻率Δf，即可以計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。因此，F(xiàn)MCW調(diào)制的雷達(dá)計(jì)算相對(duì)簡單，只需要計(jì)算出兩波峰之間的頻率差，再通過公式就很容易計(jì)算出目標(biāo)物體的距離了。2.4本章小結(jié)本章分析了毫米波雷達(dá)的組成，基本特性以及利用線性調(diào)制連續(xù)波的測距原理，既可以測速也可以測量距離，根據(jù)收發(fā)信號(hào)的頻率變化曲線圖，得出目標(biāo)距離的計(jì)算公式,進(jìn)而求出目標(biāo)距離。第3章電路設(shè)計(jì)3.1電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)毫米波天線雷達(dá)的系統(tǒng)功能框圖設(shè)計(jì)如圖3.1所示，其中本系統(tǒng)應(yīng)用的是24G微波毫米波測距感應(yīng)天線雷達(dá)控制模塊FM24-NP100，F(xiàn)M24-NP100是一種基于K毫米波段的調(diào)頻毫米波微波天線測距感應(yīng)雷達(dá)，采用調(diào)頻收、發(fā)天線合為一體的設(shè)計(jì)方式。它的主要工作原理是采用調(diào)頻連續(xù)接收波即FMCW調(diào)制模式，可以準(zhǔn)確測量從雷達(dá)輸出到靜止的目標(biāo)物體的距離。電源(5v)電源(5v)控制器MCU接口24GHz收發(fā)器3.1雷達(dá)系統(tǒng)框圖3.2電路系統(tǒng)組成3.2.1雷達(dá)芯片設(shè)計(jì)雷達(dá)集成芯片BGT24MTR11是24G單片微波毫米波感應(yīng)雷達(dá)芯片，它的內(nèi)部集成了微波雷達(dá)的所有信號(hào)處理單元，它采用接收發(fā)一體的設(shè)計(jì)，雷達(dá)的無線電通信鏈具有較高的分布圖，具有無線頻率MMIC和天線的共同面，有效地減少了無線頻率鏈的損失。測距范圍從0.6m到2.30m，最大供給電壓8V，最大功率可達(dá)0.39W，芯片中有四個(gè)通道，其中，PIN1接電源，PIN2接地，PIN3為接收信號(hào)，PIN4為發(fā)射信號(hào)，串口默認(rèn)波特率為57600，調(diào)制帶寬為240MHZ。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。圖3.2BGT24MTR11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2.2雷達(dá)信號(hào)波形設(shè)計(jì)ADF4158是6.1千赫(GHz)少數(shù)N分鐘不同頻率的微型反應(yīng)器，具有自動(dòng)完成調(diào)制和快速轉(zhuǎn)換不同波形發(fā)射信號(hào)及形成的工作能力。其中一個(gè)波形發(fā)生器包括25位固定發(fā)射頻率光譜模式，它可提供6.1HZ的穩(wěn)固頻率分辨率。它的組成包括精巧的電荷泵、低噪音數(shù)字檢測器(PFD)以及可編程頻率分辨器。其中內(nèi)部器件Σ-Δ的小數(shù)插值控制裝置，這種可編程系數(shù)少數(shù)N的分頻器件才能成功實(shí)現(xiàn)。ADF4158可用于調(diào)制解調(diào)器(FSK)和調(diào)制解調(diào)器(PSK)，ADF4158可以減少回路，大大縮短了回路通過時(shí)間，不必改變回路。其主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖3.3所示。BGT24MTR11與ADF4158連接圖如圖3.5所示。圖3.3ADF4158結(jié)構(gòu)圖3.2.3測距處理器設(shè)計(jì)中央處理器通常是整個(gè)系統(tǒng)的最為重要的部分。他的工作性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是毫米波測距電路，因此要求處理器必須有強(qiáng)大的計(jì)算功能，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。本設(shè)計(jì)選用STM32F303處理器，它是一款性能很好的MCU處理器。它既具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能夠同時(shí)將DSP和FPU運(yùn)算端子集合起來處理數(shù)據(jù)，同時(shí)又有集成運(yùn)算端口(OPAMP)。這種運(yùn)算放大器可以放大很微小的信號(hào)，放大之后會(huì)被ADC采樣。STM32F303內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示。圖3.4STM32F303內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.5BGT24MTR11與ADF4158連接圖3.3本章小結(jié)本章主要完成了毫米波雷達(dá)硬件電路的設(shè)計(jì)，以及主要器件BGT24MTR11及處理器等的相關(guān)介紹及結(jié)構(gòu)圖，完成了系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1測距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)毫米波系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)由初始化，數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理以及串口數(shù)據(jù)通訊幾個(gè)部分組成，具體工作流程及框圖設(shè)計(jì)如圖4.1所示。 開始系統(tǒng)初始化開始系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理串口通訊圖4.1系統(tǒng)程序總流程圖(1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)的初始化是指系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化，各個(gè)芯片的配置，外部中斷，內(nèi)部中斷以及對(duì)串口進(jìn)行初始化。初始化程序如下：#defineADF4158_CS_EN()

GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_9)#defineADF4158_CS_DIS()

GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_9)#defineBGT24MTR11_CS_EN()GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_10)#defineBGT24MTR11_CS_DIS()GPIO_SetBits

(GPIOC,GPIO_Pin_0)#define

RF_CLK_HIGH()

GPIO_SetBits

(GPIOC,GPIO_Pin_11)#define

RF_CLK_LOW()GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_11)

#define

RF_DATA_HIGH()

GPIO

SetBits

(GPIOC,GPIO_Pin

_12)

#define

RF_DATA_LOW()

GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_12)將串口進(jìn)行初始化：設(shè)置其波特率為57600.(2)數(shù)據(jù)采集 在一個(gè)波形的數(shù)據(jù)接收器中，如果接收到一個(gè)具有一定周期性的調(diào)制波形，這個(gè)波形器就可以隨機(jī)自動(dòng)地向外發(fā)送一個(gè)高電平，軟件中每當(dāng)給波形器設(shè)置一個(gè)波形的上升沿時(shí)，就會(huì)自動(dòng)觸發(fā)外部終止，當(dāng)MUX_TX引腳輸出一個(gè)高電平的時(shí)候，就會(huì)進(jìn)入內(nèi)部終止，從那之后，為了收集數(shù)據(jù)并且同時(shí)安裝調(diào)制波形的25us中斷來實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集，即從每一段波形中提取一個(gè)中斷數(shù)據(jù)，這樣可以同時(shí)獲得制造波形所需要的數(shù)據(jù)，收集整個(gè)波形數(shù)據(jù)，而不是混亂的數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)輸出包括兩種方式：1.當(dāng)系統(tǒng)選擇端口6接地，表示距離及頻譜信號(hào)數(shù)據(jù)的同時(shí)輸出。此時(shí)，數(shù)據(jù)可分為數(shù)據(jù)頭、距離數(shù)據(jù)、頻譜數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)尾五個(gè)組成，格式定義如下：

0xff，0xff，0xff，0x**，0x**，0x##.….0x##，0×00，0×00，0×00前面三個(gè)0xff指的就是一個(gè)開始數(shù)據(jù)的8位信息開始,下面的0x**指的就是16位一個(gè)信息開始距離一個(gè)單位信息的高8位,第二個(gè)0x**指的就是一個(gè)信息距離8位一個(gè)信息的低8位。其中它的平均距離測量系數(shù)通常可用16位的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字來精確化地表示，單位為米。第一個(gè)0x##的值是曲線距離譜面的第一個(gè)譜面曲線距離幅度，然后的值就是第二條譜面曲線的距離幅度，以此類推，總共可以有126條譜面曲線。譜面曲線的最小幅度變化范圍一般為1-44。最后三組0x00表示一個(gè)數(shù)據(jù)尾，代表一組數(shù)據(jù)的完成。2.當(dāng)系統(tǒng)選擇端口懸空，輸出數(shù)據(jù)僅有距離信息，格式定義如下：0xff，0xff，0xff，0x**，0x**，0×00，0×00，0×00

前面三個(gè)0xff指的就是一個(gè)數(shù)據(jù)源開始，后面的0x**則用來表示16位信息距離一個(gè)數(shù)據(jù)信息的高8位，第二個(gè)0x**則用來表示16位數(shù)據(jù)信息距離一個(gè)信息的低8位。其中它的距離可通過16位的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字來表示，單位為米。剩下的三組0x00用來表示每個(gè)數(shù)據(jù)的結(jié)尾。(4)串口的通訊串口通訊將測量的距離數(shù)據(jù)傳送給屏幕，顯示測量結(jié)果，以及數(shù)據(jù)的采集和分析。(5)信號(hào)處理信號(hào)處理流程圖如圖4.1所示，在兩條數(shù)據(jù)中，直流的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生復(fù)數(shù)的數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)運(yùn)行窗口及FFT變換，獲得對(duì)應(yīng)頻率，進(jìn)而計(jì)算出距離。計(jì)算距離原始數(shù)據(jù)1計(jì)算距離原始數(shù)據(jù)1原始數(shù)據(jù)2去直流去直流合成復(fù)合數(shù)據(jù)加窗FFTT 圖4.1信號(hào)處理流程圖4.2本章小結(jié)本章主要完成了毫米波雷達(dá)模塊的軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)初始化，信號(hào)的處理以及串口的設(shè)置。

第5章測試與實(shí)驗(yàn)5.1雷達(dá)系統(tǒng)組裝圖5.1將FM24-NP100毫米波雷達(dá)測距模塊與 雷達(dá)配套顯示器demo組裝連接，使毫米波雷達(dá)測距模塊測得的距離以及距離譜線實(shí)時(shí)顯示在顯示器上，便于讀數(shù)