三角線性調(diào)頻連續(xù)波體制在汽車防撞雷達(dá)中應(yīng)用廣泛[1]，其基本工作原理是：雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻的連續(xù)波信號,，目標(biāo)的回波在混頻器中與本振混頻,，得到相位相差90°的I、Q兩路正交視頻信號,，視頻信號經(jīng)過放大后進(jìn)行AD采樣,，然后經(jīng)過數(shù)字信號處理算法，即可得到目標(biāo)的距離和速度信息,。本文基于DSP的SPORT口,，選用凌特公司的雙路串行ADC，設(shè)計(jì)了線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)視頻信號I,、Q正交雙路的采樣電路,，并通過實(shí)驗(yàn)對采樣結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 三角線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)視頻信號特征分析
    三角線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（LFMCW）的載頻在調(diào)制周期內(nèi)線性變化,，根據(jù)回波和發(fā)射信號之間的差頻的變化來測距[2],，圖1表示了三角線性調(diào)頻發(fā)射信號和回波信號的時頻圖。

    在圖1中,，實(shí)線表示三角調(diào)頻的發(fā)射信號,，長虛線表示靜止目標(biāo)回波，點(diǎn)虛線表示動目標(biāo)回波,。靜止目標(biāo)的回波混頻后,，在三角調(diào)頻上升段和下降段得到的差頻信號的頻率均為Δf，動目標(biāo)的回波信號差頻在三角調(diào)頻的上升段頻率最大值為?駐f-fd，下降段最大值為?駐f+fd,。通過測量上升段和下降段的視頻信號的頻率值,，就可以求出?駐f和fd。?駐f即為與目標(biāo)距離延遲有關(guān)的調(diào)頻信號的頻率變化,，fd則包含了目標(biāo)的多普勒信息,。根據(jù)公式（1）得到目標(biāo)的距離，根據(jù)公式（2）得到動目標(biāo)的速度,。
  
其中,，Tc為三角波上升段的時間，c為光速,，B為調(diào)頻帶寬,。
    目標(biāo)回波和發(fā)射信號混頻得到視頻信號頻率在上升段和下降段有正負(fù)之別，因此,，接收機(jī)采用正交雙通道結(jié)構(gòu),，對混頻后的I、Q兩路視頻信號進(jìn)行數(shù)字化采樣,，根據(jù)公式就可得到目標(biāo)的距離和速度數(shù)據(jù),。
    在汽車防撞系統(tǒng)中，為了保障行車的安全,，通常需要觀察汽車前方1 m~200 m范圍內(nèi)的目標(biāo),。設(shè)發(fā)射信號的帶寬B=300 MHz，三角調(diào)頻的上升時間為2 ms,，則根據(jù)公式（1）可知,，在防撞系統(tǒng)中，常用的視頻信號頻率范圍為1 kHz~200 kHz,。
2 串行DAC采樣電路設(shè)計(jì)
    LTC1407A-1是14 bit的雙路串行DAC,，±1.25 V差分電壓輸入，3線串行數(shù)據(jù)接口,，每路的采樣速率可以達(dá)到1.5 MS/s,。根據(jù)采樣定理，采樣的頻率必須大于信號頻率的兩倍[3],，根據(jù)以上分析可知,，此ADC可以滿足系統(tǒng)的要求。
    差分輸入,、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖如圖2所示。其中,，輸入端J2和J3為SMA接頭,，配有50 ?贅的匹配電阻，輸入電壓峰峰值最大為2.5 V,；CH0+,、CH0-和CH1+,、CH1-分別為兩路信號的正交輸入，通過電容耦合,，對低頻成分有一定的抑制作用,；CONV為轉(zhuǎn)換開始信號；SCK為轉(zhuǎn)換位時鐘輸入,；SDO為32 bit的串行數(shù)據(jù)輸出,， VREF是片內(nèi)2.5 V片內(nèi)參考電壓，為了更好地噪聲抑制,，通常接一個10 μF的鉭電容或瓷片電容,。
    LTC1407A-1在CONV信號端口的上升沿的作用下，同時對兩路-1.25 V～1.25 V的差分輸入電壓信號實(shí)現(xiàn)最高頻率為1.5 MS/s的數(shù)字化采樣,。當(dāng)CONV信號端口出現(xiàn)上升沿時,，DAC開始對兩路差分輸入進(jìn)行采樣，并鎖存在片內(nèi)的寄存器中,。在每個位時鐘SCK的上升沿,，將轉(zhuǎn)換好的兩路數(shù)據(jù)以32 bit串行數(shù)據(jù)的形式輸出，每個通道16 bit數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)位由高到低,，CH0在前，CH1在后,，并且每個通道16 bit數(shù)據(jù)的高2位無效,。
    用Multisim軟件對CH+處進(jìn)行交流分析，得到該點(diǎn)處的幅頻特性曲線,，如圖3所示,。由幅頻特性曲線分析得到，高通濾波的截止頻率為157 Hz,。

    串行數(shù)據(jù)接收以DSP為核心,，完成I、Q兩個支路信號的同步接收,，DSP選用Blackfin系列定點(diǎn)DSP BF533,。BF533提供2個雙通道同步串行端口(SPORT0和SPORT1)來完成串行和多處理器的通信工作。每個SPORT有兩套獨(dú)立的發(fā)送和接收引腳,，能夠在接收同步信號和位時鐘的作用下,，完成串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；每個SPORT都支持3 bit～32 bit長度的串行數(shù)據(jù),，能夠鏈接或串接SPORT和存儲器之間的多個DMA序列,；完成數(shù)據(jù)傳輸或者傳輸完整個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或通過DMA緩沖之后，每個發(fā)送和接收端口都能產(chǎn)生一個中斷。用DSP的Timer端口產(chǎn)生時鐘信號,，經(jīng)過CPLD分頻產(chǎn)生采樣DAC和SPORT端口的同步時鐘和位時鐘,，將SPORT端口的數(shù)據(jù)位和DAC的數(shù)據(jù)位相連，如圖4所示,。

      SPORT端口配置為外部同步和外部時鐘,，DMA傳輸數(shù)據(jù)，同步信號高電平有效,，每次接收的數(shù)據(jù)長度為32 bit,。ADC串行數(shù)據(jù)的發(fā)送以位時鐘的上升沿為基準(zhǔn)，且高位在前,，所以SPORT端口配置為位時鐘的下降沿采集同步信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)位的狀態(tài),，優(yōu)先接收高位數(shù)據(jù)。ADC在CONV信號的作用下,，將采樣的I,、Q兩路信號由模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并在時鐘的作用下串行輸出,。DSP的SPORT口在同步信號和位時鐘的作用下完成32 bit串行數(shù)據(jù)的接收,，并在DSP內(nèi)部將32 bit的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩個有效位數(shù)為14的數(shù)據(jù)。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    由DSP的SPORT1端口產(chǎn)生400 kHz的采樣同步時鐘,，對DAC的兩個支路同時輸入頻率為10 kHz,、幅度為1 V的同一個正弦信號，用DSP接收32 bit的串行數(shù)據(jù),，并且在DSP內(nèi)部將32 bit的數(shù)據(jù)按照DAC發(fā)送數(shù)據(jù)的順序轉(zhuǎn)換為兩個高14 bit有效的“short int”型數(shù)據(jù),，將采集的數(shù)據(jù)在DSP程序開發(fā)軟件Visual DSP++中繪出，得到結(jié)果如圖5所示,?？梢钥闯鰞陕凡蓸拥慕Y(jié)果完全相同，其頻率都為10 kHz,，從而驗(yàn)證了采樣電路的正確性,。

    由分析Multisim軟件的結(jié)果可知，采樣電路對低頻信號有明顯的抑制作用（為低通濾波電路）,。為了分析低通濾波的幅頻特性,，對I/Q支路輸入正弦信號，當(dāng)輸入信號頻率為6 kHz時,，CH0+處正弦信號的峰峰值為1 V,，逐漸減小輸入正弦信號的頻率并同時采樣，采樣得到各個頻率點(diǎn)正弦信號最大值,，將信號的頻率點(diǎn)和各個頻率點(diǎn)采樣值相對6 kHz正弦信號采樣值的衰減在Matlab中繪出,，得到圖6,。從圖中的測量結(jié)果知道,，采樣電路的濾波網(wǎng)絡(luò)的下限頻率為290 Hz,。

    線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的回波需要一個周期才能得到一次結(jié)果，數(shù)據(jù)率較低,，對采樣的速度要求不是很高,。本文設(shè)計(jì)的采樣電路，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻信號I,、Q正交兩路信號的同步采樣,，為后續(xù)的雷達(dá)信號處理算法奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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[2] 王良,，馬彥恒,，何強(qiáng)，等.LFMCW雷達(dá)距離-速度耦合特性分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,，2009,，9(14)：4171-4174.
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