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超宽带步进频穿墙雷达信号处理机的研究

作　者: 唐瑜键
导　师: 孔令讲
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 穿墙雷达信号处理机检测跟踪 FPGA DSP
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超宽带步进频穿墙雷达,通过发射频率步进的超宽带电磁波信号穿透墙壁等障碍物,并接收回波数据进行信号处理,实现了对墙后运动人体目标的实时定位与跟踪,可以广泛应用于灾难救援、反恐执法等领域,具有重大的应用价值。穿墙雷达信号处理机是穿墙雷达系统的核心组成部分,本文以FPGA母板+DSP开发板为主要手段,设计并实现了一种穿墙雷达信号处理机,且已经通过了项目联调。该处理机主要完成了以下功能:控制发射机发射超宽带步进频信号;采集接收机混频后的雷达基带信号,并传输至DSP进行实时的信号处理;向人机界面发送处理后得到的人体坐标,并接收用户输入的控制命令与参数。本文完成的主要工作如下:1.处理机结构设计:按照设计需求,对处理机进行了功能模块的划分,确定了每个模块的硬件实现方式。2.硬件电路设计与实现:完成了信号处理机母板硬件电路的设计,绘制了原理图并制作了PCB。3.处理机母板程序设计:对FPGA与USB芯片进行编程,使母板完成了发射机控制、基带信号采集与传输、显控数据传输、调试数据上传等任务。4.DSP程序设计:对DSP进行编程,使其完成了数据读取、基于动目标检测与跟踪算法的实时信号处理、处理结果发送等任务。5.系统测试与联调:对处理机进行了测试,保证其正常工作;与雷达系统其它模块进行联调试验,并通过调整参数,优化了处理机对运动人体目标的定位跟踪性能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 穿墙雷达发展动态  11-12
  1.3 信号处理机的实现技术  12-14
  1.4 本文主要工作和内容  14-16
第二章处理机结构设计  16-22
  2.1 穿墙雷达系统介绍  16-17
  2.2 信号处理机设计需求  17-18
  2.3 信号处理机结构设计  18-21
    2.3.1 信号处理部分  18
    2.3.2 前后端接口部分  18
    2.3.3 数据存储部分  18-19
    2.3.4 中心控制器部分  19
    2.3.5 调试通道部分  19-20
    2.3.6 总体结构  20-21
  2.4 小结  21-22
第三章处理机母板硬件设计  22-37
  3.1 信号采集部分硬件设计  22-27
    3.1.1 AD芯片选型  22-24
    3.1.2 Sigma-Delta型ADC原理  24-26
    3.1.3 采集电路设计  26-27
  3.2 其它芯片选型  27-30
    3.2.1 DSP选型  27-29
    3.2.2 接口芯片选型  29
    3.2.3 FPGA选型  29-30
  3.3 各芯片接口设计  30-32
  3.4 电源网络设计  32-34
  3.5 PCB绘制  34-36
  3.6 小结  36-37
第四章处理机母板程序设计  37-55
  4.1 各数据传输通道概述  37-38
  4.2 基带信号采集与传输通道  38-46
    4.2.1 AD输出时序  39-40
    4.2.2 发射机控制  40-41
    4.2.3 RAM模块  41-42
    4.2.4 中心控制器模块  42-45
    4.2.5 EMIF模块  45-46
  4.3 DSP处理结果传输通道  46-48
    4.3.1 FPGA SPI模块  46-47
    4.3.2 68013 51 接口  47-48
  4.4 显控命令传输通道  48-50
    4.4.1 68013 51 接口  48-49
    4.4.2 FPGA GPIO接口模块  49-50
    4.4.3 双向端口PE  50
  4.5 调试数据传输通道  50-52
    4.5.1 FPGA程序  51
    4.5.2 68013 程序  51-52
  4.6 仿真与综合  52-54
  4.7 小结  54-55
第五章 DSP程序设计  55-64
  5.1 DSP程序结构  55-57
    5.1.1 Bootloader文件  55-56
    5.1.2 链接器命令文件  56
    5.1.3 中断服务表配置文件  56-57
    5.1.4 应用程序文件  57
  5.2 DSP外围设备功能与配置  57-60
    5.2.1 EMIF  57-58
    5.2.2 EDMA  58-59
    5.2.3 MCBSP  59-60
  5.3 显控数据交互  60-61
    5.3.1 上行方向  60
    5.3.2 下行方向  60-61
  5.4 DSP程序优化  61-63
    5.4.1 软件流水线介绍  61-62
    5.4.2 软件流水线优化方法  62
    5.4.3 优化结果  62-63
  5.5 小结  63-64
第六章系统测试与联调  64-72
  6.1 数据传输测试  64-66
    6.1.1 测试目的  64
    6.1.2 测试方法  64-66
    6.1.3 测试结果  66
  6.2 电缆闭环测试  66-69
    6.2.1 测试目的  66-67
    6.2.2 测试方法  67
    6.2.3 测试结果  67-69
  6.3 穿墙运动人体探测  69-71
    6.3.1 测试目的  69
    6.3.2 测试方法  69-70
    6.3.3 测试结果  70-71
  6.4 小结  71-72
第七章全文总结与展望  72-74
  7.1 全文总结  72-73
  7.2 工作展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-77
攻读硕士学位期间的研究成果  77-78

超宽带步进频穿墙雷达信号处理机的研究

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