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8mm线性调频连续波近程探测系统设计

作　者: 丁江乔
导　师: 李跃华；万援
学　校: 南京理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 毫米波 LFMCW 压控振荡器 DSP FFT
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 33次
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内容摘要


本文主要研究了8mm线性调频连续波(LFMCW)近程探测系统的设计与实现。介绍了LFMCW探测系统的工作原理,分析了对称三角波LFMCW探测系统的差频信号模型及测距误差的估算,提出了8mm LFMCW近程探测系统的具体指标及实现方案。根据指标,选择了探测系统的天线和环流器部件；采用8038为核心芯片构成了三角波调制信号发生器；采用矩形波导腔结构设计了8mm VCO,并完成了组装与调试,其电调带宽达100MHz且非线性度小于2%;完成了单端混频器的组装；设计了微弱差频信号的预处理电路,包括：LNA、BPF、中频放大器,其中根据差频信号带宽,利用ADS设计了无源LC结构的BPF。以F2812为核心处理芯片完成了数字信号处理系统的软、硬件设计。硬件部分给出了数字信号处理系统的原理图及PCB板图；软件部分根据探测系统对信号处理的要求,给出了数字信号的处理流程,完成了差频信号的采集、校正与FFT处理。通过ZFFT算法对差频信号的采集数据进行了相关计算分析,并给出了细化频谱算法,提高了近程探测系统的测距精度。最后,对8mm LFMCW近程探测系统进行联调,实现测距功能,结果达到系统的指标要求,验证了本探测系统的可行性。

全文目录


摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 数字信号处理系统研究概况  9-10
  1.3 本文主要工作及结构安排  10-11
2 LFMCW探测系统原理及设计  11-20
  2.1 LFMCW探测系统的工作原理  11
  2.2 LFMCW探测系统信号分析  11-14
    2.2.1 差频信号分析  11-13
    2.2.2 差频信号模型  13-14
  2.3 LFMCW探测系统的特点  14-16
  2.4 调频探测系统的参数选择  16-17
  2.5 作用距离分析及测距误差估算  17-19
    2.5.1 作用距离分析  17-18
    2.5.2 测距误差估算  18-19
  2.6 8mmLFMCW探测系统指标及实现方案  19-20
3 8mm波段LFMCW探测系统的关键部件设计  20-32
  3.1 LFMCW探测系统前端硬件介绍  20
  3.2 三角波调制器的设计  20-21
  3.3 VCO的设计  21-25
    3.3.1 体效应管与变容二极管  21-22
    3.3.2 VCO的设计与调试  22-24
    3.3.3 VCO的测试结果  24-25
  3.4 混频器  25-26
  3.5 天线、环流器的选取  26-28
    3.5.1 天线的选取  26-27
    3.5.2 环形器  27-28
  3.6 8mmLFMCW探测系统前端硬件实物  28
  3.7 差频信号预处理电路  28-32
4 数字信号处理系统的硬件设计  32-43
  4.1 TMS320F2812的性能和存储器映射  32-34
    4.1.1 F2812性能特点  32-33
    4.1.2 F2812存储器映射  33-34
  4.2 信号处理系统的硬件设计  34-39
    4.2.1 系统硬件结构  34-35
    4.2.2 电源电路  35-36
    4.2.3 时钟电路  36-37
    4.2.4 模数转换电路  37
    4.2.5 D/A转换电路  37-38
    4.2.6 电平转换电路  38-39
    4.2.7 存储电路  39
    4.2.8 JTAG接口电路  39
  4.3 电路板抗干扰设计  39-40
  4.4 实际电路设计原理图  40-43
5 数字信号处理系统的软件设计与实现  43-64
  5.1 系统初始化和系统控制  43-47
    5.1.1 F2812初始化  43
    5.1.2 F2812的时钟系统  43-44
    5.1.3 看门狗(Watch Dog)  44-45
    5.1.4 中断系统  45-47
  5.2 数据采集软件设计  47-56
    5.2.1 F2812模数转换模块  47-51
    5.2.2 ADC数据校正  51-52
    5.2.3 数据采集程序设计  52-56
  5.3 算法设计  56-59
    5.3.1 FFT算法与程序设计  56-57
    5.3.2 ZFFT算法  57-59
  5.4 FLASH烧写  59-64
    5.4.1 DSP复位后如何从FLASH中运行程序  59-60
    5.4.2 Flash初始化及Flashcmd  60-62
    5.4.3 程序的固化  62-64
6 8mm LFMCW近程探测系统实验  64-67
  6.1 外场实验  64-65
  6.2 实验波形及数据  65-67
7 结束语  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信号处理
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