[发明专利]一种基于FPGA的FMCW毫米波雷达测距片上系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的FMCW毫米波雷达测距片上系统，该片上系统包括中央处理单元、高级微控制器总线、两块静态随机存取存储模块、液晶显示模块、通用异步收发传输接口、局域网控制器、通用输入输出接口、FMCW雷达信号处理模块、FMCW雷达射频前端模块及12位模拟数字转换模块，所述片上系统在FPGA上实现。该片上系统通过高级微控制器总线将各模块连接在一起；所述FMCW雷达射频前端模块与FMCW雷达信号处理模块通过12位模拟数字转换模块相连，通过高级高性能总线接口与高级微控制器总线连接。本发明可实时获取并处理FMCW雷达射频前端信息，并将处理后所得的的测距信息显示在液晶屏上，在无人机避障，汽车自动驾驶障碍物检测等，拥有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于毫米波雷达及Soc片上系统领域，具体涉及一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的调频连续毫米波（FMCW）雷达测距片上（Soc）系统。

背景技术

在过去，除了微处理器和微控制器，没有多少芯片设计有内部嵌入式处理器。自从Arm Cortex-M处理器发布以来，这种情况发生了显著变化，随着物联网(IoT)的快速发展，越来越多带嵌入式处理器的设备出现了。如今，Arm处理器被用于智能传感器、智能电池(例如，用于电池健康监测)无线通讯芯片组、电力电子控制器等。这一趋势是由需要更紧密的系统集成，额外的功能特性和更好的系统可靠性。SoC设计是一个充满机遇的令人兴奋的行业——基于Cortex-M的应用SoC的范围包括消费品、工业和汽车应用、通信、农业、交通、保健/医疗等随着物联网设备市场的不断扩大，需求越来越大在SoC设计中嵌入处理器的情况在不断增加。Cortex-M处理器，如Cortex-M0、Cortex-M0+和Cortex-M3，体积功耗小，可以集成进入一系列SoC设计很容易。与Arm设计启动降低成本的障碍，许多小企业和初创企业正在利用这一点来开发他们自己的SoC解决方案更好的产品差异化。

在汽车防撞传感器当中，根据工作原理和工作过程不同，分为超声波雷达、红外雷达、激光雷达以及毫米波雷达。其中前三种雷达，都是通过对回波的检测，与发射信号相比较，得到脉冲或相位的差值，从而计算出发射与接收信号的时间差。再分别对应于超声波、红外线、激光在空气中的传播速度，计算出与障碍物的距离与相对速度。这三种采用声光原理设计出的汽车防撞雷达虽结构简单，价格低廉，但容易受到恶劣气象条件干扰，无法确保测距精度。毫米波雷达则显示出它特有的优点，与光学和红外线雷达相比不受目标物体形状颜色的干扰，与超声波相比不受大气紊流的影响，因而具有稳定的探测性能；环境适应性好。受天气和外界环境的变化的影响小，雨雪，灰尘，阳光都对其没有干扰；多普勒频移大，测量相对速度的精度提高。

发明内容

本发明的目的将FMCW雷达、信号处理和人机交互集成在一起而提供一种基于FPGA的FMCW毫米波雷达测距片上系统，通过该系统，可以实时的完成对FMCW雷达所检测到信号进行处理，将处理的结果——距离信息，通过CortexM3内核控制器，将距离信息实时显示在LCD屏幕上或通过UART、CAN等接口对外输出。实现了一款搭载了FMCW雷达的MCU，预留有调试接口，可供使用本系统的人员进行二次开发。本发明旨在提供一种毫米波雷达测距片上系统。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于FPGA的FMCW毫米波雷达测距片上系统，特点是该片上系统设置于现场可编程门阵列即FPGA中，包括中央处理单元CortexM3、高级微控制器总线即AMBA3.0总线、第一静态随机存取存储器模块即第一SRAM模块、第二静态随机存取存储器模块即第二SRAM模块、液晶显示器模块即LCD模块、通用异步收发传输器接口即UART接口、局域网控制器即CAN控制器、通用输入输出接口即GPIO接口、FMCW雷达信号处理模块、FMCW雷达射频前端模块及12位ADC模块，其中：

所述FMCW雷达射频前端模块的输出与12位ADC模块的输入相连；

所述12位ADC模块的输出与FMCW雷达信号处理模块的输入相连；