三角線性調(diào)頻連續(xù)波體制在汽車防撞雷達(dá)中應(yīng)用廣泛[1],，其基本工作原理是：雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻的連續(xù)波信號(hào)，目標(biāo)的回波在混頻器中與本振混頻,，得到相位相差90°的I,、Q兩路正交視頻信號(hào)，視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)行AD采樣,，然后經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理算法,，即可得到目標(biāo)的距離和速度信息。本文基于DSP的SPORT口,，選用凌特公司的雙路串行ADC,，設(shè)計(jì)了線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)視頻信號(hào)I、Q正交雙路的采樣電路，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行了分析,。

1 三角線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)視頻信號(hào)特征分析
    三角線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（LFMCW）的載頻在調(diào)制周期內(nèi)線性變化,，根據(jù)回波和發(fā)射信號(hào)之間的差頻的變化來(lái)測(cè)距[2]，圖1表示了三角線性調(diào)頻發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)的時(shí)頻圖,。

    在圖1中,，實(shí)線表示三角調(diào)頻的發(fā)射信號(hào)，長(zhǎng)虛線表示靜止目標(biāo)回波,，點(diǎn)虛線表示動(dòng)目標(biāo)回波,。靜止目標(biāo)的回波混頻后，在三角調(diào)頻上升段和下降段得到的差頻信號(hào)的頻率均為Δf,，動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)差頻在三角調(diào)頻的上升段頻率最大值為?駐f-fd,，下降段最大值為?駐f+fd。通過(guò)測(cè)量上升段和下降段的視頻信號(hào)的頻率值,，就可以求出?駐f和fd,。?駐f即為與目標(biāo)距離延遲有關(guān)的調(diào)頻信號(hào)的頻率變化，fd則包含了目標(biāo)的多普勒信息,。根據(jù)公式（1）得到目標(biāo)的距離,，根據(jù)公式（2）得到動(dòng)目標(biāo)的速度。
  
其中,，Tc為三角波上升段的時(shí)間,，c為光速，B為調(diào)頻帶寬,。
    目標(biāo)回波和發(fā)射信號(hào)混頻得到視頻信號(hào)頻率在上升段和下降段有正負(fù)之別,，因此，接收機(jī)采用正交雙通道結(jié)構(gòu),，對(duì)混頻后的I,、Q兩路視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化采樣，根據(jù)公式就可得到目標(biāo)的距離和速度數(shù)據(jù),。
    在汽車防撞系統(tǒng)中,，為了保障行車的安全，通常需要觀察汽車前方1 m~200 m范圍內(nèi)的目標(biāo),。設(shè)發(fā)射信號(hào)的帶寬B=300 MHz,，三角調(diào)頻的上升時(shí)間為2 ms，則根據(jù)公式（1）可知,，在防撞系統(tǒng)中,，常用的視頻信號(hào)頻率范圍為1 kHz~200 kHz。
2 串行DAC采樣電路設(shè)計(jì)
    LTC1407A-1是14 bit的雙路串行DAC,，±1.25 V差分電壓輸入,，3線串行數(shù)據(jù)接口,，每路的采樣速率可以達(dá)到1.5 MS/s。根據(jù)采樣定理,，采樣的頻率必須大于信號(hào)頻率的兩倍[3],，根據(jù)以上分析可知，此ADC可以滿足系統(tǒng)的要求,。
    差分輸入,、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖如圖2所示。其中,，輸入端J2和J3為SMA接頭,，配有50 ?贅的匹配電阻，輸入電壓峰峰值最大為2.5 V,；CH0+,、CH0-和CH1+、CH1-分別為兩路信號(hào)的正交輸入,，通過(guò)電容耦合,，對(duì)低頻成分有一定的抑制作用；CONV為轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào),；SCK為轉(zhuǎn)換位時(shí)鐘輸入；SDO為32 bit的串行數(shù)據(jù)輸出,， VREF是片內(nèi)2.5 V片內(nèi)參考電壓,，為了更好地噪聲抑制，通常接一個(gè)10 μF的鉭電容或瓷片電容,。
    LTC1407A-1在CONV信號(hào)端口的上升沿的作用下,，同時(shí)對(duì)兩路-1.25 V～1.25 V的差分輸入電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)最高頻率為1.5 MS/s的數(shù)字化采樣。當(dāng)CONV信號(hào)端口出現(xiàn)上升沿時(shí),，DAC開(kāi)始對(duì)兩路差分輸入進(jìn)行采樣,，并鎖存在片內(nèi)的寄存器中。在每個(gè)位時(shí)鐘SCK的上升沿,，將轉(zhuǎn)換好的兩路數(shù)據(jù)以32 bit串行數(shù)據(jù)的形式輸出,，每個(gè)通道16 bit數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)位由高到低,，CH0在前,，CH1在后，并且每個(gè)通道16 bit數(shù)據(jù)的高2位無(wú)效,。
    用Multisim軟件對(duì)CH+處進(jìn)行交流分析,，得到該點(diǎn)處的幅頻特性曲線，如圖3所示,。由幅頻特性曲線分析得到,，高通濾波的截止頻率為157 Hz,。

    串行數(shù)據(jù)接收以DSP為核心，完成I,、Q兩個(gè)支路信號(hào)的同步接收,，DSP選用Blackfin系列定點(diǎn)DSP BF533。BF533提供2個(gè)雙通道同步串行端口(SPORT0和SPORT1)來(lái)完成串行和多處理器的通信工作,。每個(gè)SPORT有兩套獨(dú)立的發(fā)送和接收引腳,，能夠在接收同步信號(hào)和位時(shí)鐘的作用下，完成串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,；每個(gè)SPORT都支持3 bit～32 bit長(zhǎng)度的串行數(shù)據(jù),，能夠鏈接或串接SPORT和存儲(chǔ)器之間的多個(gè)DMA序列；完成數(shù)據(jù)傳輸或者傳輸完整個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或通過(guò)DMA緩沖之后,，每個(gè)發(fā)送和接收端口都能產(chǎn)生一個(gè)中斷,。用DSP的Timer端口產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)CPLD分頻產(chǎn)生采樣DAC和SPORT端口的同步時(shí)鐘和位時(shí)鐘,，將SPORT端口的數(shù)據(jù)位和DAC的數(shù)據(jù)位相連,，如圖4所示。

      SPORT端口配置為外部同步和外部時(shí)鐘,，DMA傳輸數(shù)據(jù),，同步信號(hào)高電平有效，每次接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為32 bit,。ADC串行數(shù)據(jù)的發(fā)送以位時(shí)鐘的上升沿為基準(zhǔn),，且高位在前，所以SPORT端口配置為位時(shí)鐘的下降沿采集同步信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)位的狀態(tài),，優(yōu)先接收高位數(shù)據(jù),。ADC在CONV信號(hào)的作用下，將采樣的I,、Q兩路信號(hào)由模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,，并在時(shí)鐘的作用下串行輸出。DSP的SPORT口在同步信號(hào)和位時(shí)鐘的作用下完成32 bit串行數(shù)據(jù)的接收,，并在DSP內(nèi)部將32 bit的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)有效位數(shù)為14的數(shù)據(jù),。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    由DSP的SPORT1端口產(chǎn)生400 kHz的采樣同步時(shí)鐘，對(duì)DAC的兩個(gè)支路同時(shí)輸入頻率為10 kHz,、幅度為1 V的同一個(gè)正弦信號(hào),，用DSP接收32 bit的串行數(shù)據(jù)，并且在DSP內(nèi)部將32 bit的數(shù)據(jù)按照DAC發(fā)送數(shù)據(jù)的順序轉(zhuǎn)換為兩個(gè)高14 bit有效的“short int”型數(shù)據(jù),，將采集的數(shù)據(jù)在DSP程序開(kāi)發(fā)軟件Visual DSP++中繪出,，得到結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯鰞陕凡蓸拥慕Y(jié)果完全相同,，其頻率都為10 kHz,，從而驗(yàn)證了采樣電路的正確性。

    由分析Multisim軟件的結(jié)果可知,，采樣電路對(duì)低頻信號(hào)有明顯的抑制作用（為低通濾波電路）,。為了分析低通濾波的幅頻特性，對(duì)I/Q支路輸入正弦信號(hào),，當(dāng)輸入信號(hào)頻率為6 kHz時(shí),，CH0+處正弦信號(hào)的峰峰值為1 V，逐漸減小輸入正弦信號(hào)的頻率并同時(shí)采樣,，采樣得到各個(gè)頻率點(diǎn)正弦信號(hào)最大值,，將信號(hào)的頻率點(diǎn)和各個(gè)頻率點(diǎn)采樣值相對(duì)6 kHz正弦信號(hào)采樣值的衰減在Matlab中繪出，得到圖6,。從圖中的測(cè)量結(jié)果知道,，采樣電路的濾波網(wǎng)絡(luò)的下限頻率為290 Hz。

    線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的回波需要一個(gè)周期才能得到一次結(jié)果,，數(shù)據(jù)率較低,，對(duì)采樣的速度要求不是很高。本文設(shè)計(jì)的采樣電路,，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻信號(hào)I,、Q正交兩路信號(hào)的同步采樣，為后續(xù)的雷達(dá)信號(hào)處理算法奠定了基礎(chǔ),。
參考文獻(xiàn)
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