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基于ARM的雷达料位仪信号处理系统的研究

作　者: 吕开亮
导　师: 封维忠
学　校: 南京林业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: LFMCW雷达差频信号数据采集 FFT
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 82次
引　用: 0次
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内容摘要

近距离高精度测距是雷达新兴的民用领域之一,具有无距离盲区、高分辨率、低发射功率等优点的线性调频连续波(LFMCW)雷达,近年来受到广泛关注,其理论、关键技术和应用得到迅速发展。线性调频连续波雷达是一种通过对连续波进行频率调制来获取距离与速度信息的雷达体制系统。本文基于这一应用对高精度LFMCW测距雷达的数据采集及其信号处理进行了理论分析和工程实践。本文首先介绍了LFMCW雷达技术的特性、国内外研究现状以及信号处理技术在雷达中的应用。引入经典雷达测距方程之后,从时域和频域两个方面分析了用于雷达料位仪的LFMCW雷达系统测距原理。最终在此基础上,提出了本课题设计的雷达料位仪数据采集部分和信号处理部分的实现方案。本文重点研究了雷达料位仪这两部分的软硬件实现方案:雷达发射头输出的差频信号经过工频滤波和自动增益放大控制(AGC)后由单片机STC89C51RC进行数据采集和存储,再通过RS232通讯协议传输给S3C2410A,利用FFT变换成频谱后得到差频信号的频率,最终根据频率和距离之间的线性关系计算出所测距离。本课题制作了单片机数据采集系统的PCB板,在ARM系统开发平台中移植了μC/OS-II操作系统,运用μC/GUI开发出友好的可视化界面,使用触摸屏实现了人机交互功能。通过多次模拟现场试验,结果表明本雷达料位仪系统所采用的方案是可行和正确的,各个模块和样机的性能指标均达到预期目标,并且工作稳定。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题来源及意义  8-10
  1.2 LFMCW 雷达的特性  10-11
  1.3 信号处理技术在雷达中的应用  11-13
    1.3.1 数字信号处理  11-12
    1.3.2 雷达信号处理  12-13
    1.3.3 LFMCW 系统中的信号处理  13
  1.4 本文主要研究内容  13-15
第二章 LFMCW 雷达测距原理与分析  15-23
  2.1 雷达方程  15-16
    2.1.1 经典雷达方程  15
    2.1.2 用于雷达料位仪的测量方程  15-16
  2.2 差频信号分析  16-22
    2.2.1 差频信号的时域分析  17-20
    2.2.2 差频信号的频域分析  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章雷达料位仪系统概述  23-27
  3.1 雷达料位仪系统  23-24
  3.2 雷达料位仪信号处理系统简介  24-26
    3.2.1 数据采集部分  24-25
    3.2.2 信号处理及显示部分  25-26
  3.3 本章小结  26-27
第四章雷达料位仪信号处理系统的硬件设计  27-45
  4.1 电源设计  27-28
  4.2 50Hz 工频滤波器设计  28-30
  4.3 自动增益控制电路  30-34
    4.3.1 自动增益控制电路的工作原理  30-32
    4.3.2 自动增益放大器电路设计  32-34
  4.4 单片机选择  34-36
  4.5 时钟电路和复位电路  36
  4.6 A/D 转换电路  36-38
  4.7 数据存储电路  38-39
  4.8 串口通讯电路  39-40
  4.9 数据采集部分PCB 制图  40
  4.10 Magic ARM2410 开发平台  40-43
  4.11 触摸屏电路  43-44
  4.12 本章小结  44-45
第五章雷达料位仪信号处理系统的软件设计  45-63
  5.1 开发软件的选择  45-46
    5.1.1 编程语言的选择  45
    5.1.2 Keil 开发软件的简介  45-46
    5.1.3 嵌入式操作系统的选择  46
  5.2 数据采集部分软件  46-51
    5.2.1 A/D 转换子程序  47-48
    5.2.2 定时器子程序  48-49
    5.2.3 数据存储子程序  49-51
  5.3 串口通讯软件  51-53
    5.3.1 单片机的串口通信子程序  51-52
    5.3.2 μC/OS-II 的嵌入式串口通信模块设计  52-53
  5.4 信号处理部分软件  53-62
    5.4.1 数据处理子程序  53-56
    5.4.2 程序的主界面设计  56-60
    5.4.3 触摸屏子程序  60-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章系统调试及结果分析  63-66
第七章总结和展望  66-68
参考文献  68-71
附录  71-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-75
详细摘要  75-78

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