基于FMCW模式的微波车辆检测算法研究及软件实现

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微波车辆检测器具有易于安装维护、可全天候工作、检测能力强等优点,应用前景广阔。论文以调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave,FMCW)模式的微波车辆检测器为对象,围绕其基本原理、系统实现、算法设计等内容展开研究。论文首先阐述了FMCW微波车辆检测技术的基本理论。分析了微波车检器的测距原理,建立了理想状态下三角波调制的中频信号数学模型,并介绍了FFT运算及常用的窗函数,讨论了系统实现过程中存在的干扰。此外,针对实际使用环境中可能存在的杂波干扰,论文探讨了双斜率三角波调制信号提高检测精度的基本原理。其次,论文对FMCW模式的微波车辆检测器进行了系统实现。论文选用IVM-297传感器作为微波收发模块;为实现双斜率三角波调制信号,论文设计了一种利用DDS技术的调制信号发生电路,产生上升沿与下降沿频率不同的三角波,同时设计了可变系数的线性放大电路,对调制信号的幅度进行调节;针对微波反射信号的功率会随着距离增大而快速衰减的问题,设计了衰减补偿电路;论文通过FPGA对系统时钟进行分频,设置采样频率,并利用Linux系统可扩展性强的特点,提出了FPGA+ARM的电路结构,分别讨论了各模块电路的实现;此外,还探讨了FPGA程序和FPGA接口Linux驱动程序的设计。最后,论文对FMCW模式微波车辆检测器的中频信号处理算法进行了研究。为了更直观地显示中频信号及其频谱,同时便于设置相关参数,论文在PC端开发了中频信号处理软件,利用加窗FFT运算对中频信号进行了时频变换;为了验证距离与中频信号频率之间的关系,论文进行了单一目标和多目标的距离检测实验,并对测距公式中的扫频带宽参数进行了标定,确定了车检器的测距精度;论文应用背景差法进行了目标检测,并为实验场景中的模拟车道设置了流量检测阈值;此外,论文还对车型分类的实现原理及实验方法进行了探讨。综上,论文对FMCW模式微波车辆检测器进行了研究与设计,为今后进一步的研究打下了基础。
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