２０１０年第９期　福建　电脑　８９　

调频连续波车载雷达的原理及应用　

杨开宇　（福州大学物信学院福建福州３５０１０８）　【摘　要】：在商用车载雷达的家族中，微波雷达是一项关键技术。本文介绍了调频连续波雷达的测距、　测速原理．并给出了一种具体的电路实现方法。　【关键词】：雷达、调频连续波、锁相环、中频　１．引言　车载雷达自２０世纪７０年代起开始发展．主要用　于检测车前、车附近及车后的物体。在各种环境条件　下．准确测量前后方车辆速度和距离是系统设计的关　键　目前测定汽车之间距离和速度的方法主要有超声　波法、激光法和微波雷达法。微波雷达与其它两种方式　相比具有显著的优点，因为其工作频率高、波长短，可　有效地缩小波束角度、减小天线尺寸。它不但可以探测　目标的距离．而且还可以测定相对速度和方位　同时微　波雷达还适合在恶劣气候条件下工作．并能够在汽车　制造中方便地将其置于塑料挡板之后　因此．本文主要　研究微波雷达技术的相关原理．并给出了其电路的一　种具体实现方法　２．ＦＭＣＷ雷达测距测速原理　车载微波雷达主要分为两种：脉冲多普勒雷达和　调频连续波（ＦＭＣ　雷达。脉冲多普勒雷达系统测量精　度高、数据刷新快．但系统复杂．成本较高。调频连续波　雷达系统则具有电路简单、成本较低的优点。其基本原　理是通过连续周期性地调制发射信号频率．并分析接　收信号频率，从而得出汽车周围物体的相对距离和速　度。　为了探测汽车周围的动态物体．雷达发射信号可　以采用时域中线性的三角形频率扫描．如图１所示。这　里△厂是扫描频率的最大和最小值之差，　是扫描的　时间　Ｆ２　Ｆ１　

图１三角形频率扫描发射信号　雷达接收到的物体反射信号与发射信号存在２Ｒ／ｅ　时间的延迟，如图２所示。其中Ｒ是车与物体的相对　距离，ｃ是真空中的光速，虚线表示的是物体静态时雷　达对应的接收频率。　Ｆ２　Ｆ１　

图２发射和接收信号在时域上的关系　称为拍频，它等同于对静态物体的发射和接收频　率之差。根据简单的三角关系可得：　：　（１）　几一ｃ　对于一个动态的物体．当观察者以ｖ的相对速度　向波源移动时．他所接收到的波长为Ａ的信号的频率　相对于波源发出的频率会有一个ｖ／ｈ数量的频移．即　多普勒频移。对雷达来说，这个效应在信号的往返过程　中发生了两次。因此总的多普勒频移可以表示为：　＝２　对动态物体的发射和接收频率之差可以表示为：　＝｛ｂ一｛ｄ　＝　十　（４）　△　和△　即中频信号，它们是实际电路中需要通　过雷达探测获得的结果。通过简单的公式变换可得：　＝　：垒　将（５）（６）两式带人公式（１）并做适当变换即可得到　距离Ｒ的公式：　肚　ｃ＿△ｒ．厂ｘ＝旦４　Ａｆ（　＋　）　（７１　将（５）（６）两式带入公式（２）并做适当变换即可得到相　对速度ｖ的公式：

　福建　电脑　２０１０年第９期　

Ｖ＝　＝－　；　（ＡＬ一　）　（８）　‘ｔ　３．雷达电路设计　３．１整体电路系统　完整的连续波频率调制车载雷达电路系统框图如　图３所示。该系统可以分为高频微波模块和低频电路　模块。实线框中的部分即微波模块，其工作在频率高达　７７ＧＨｚ的频段，采用砷化镓微波单片集成电路。剩下部　分为低频电路模块，可以进一步分为两个部分：ＵＳＢ左　边的信号产生、控制以及传输部分，以及ＵＳＢ右边的　信号接收和处理部分　

ＵＳＢ　ＣａＮｅ　ｔｏ　ＰＣ　Ｉｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｗ　ｈ　Ｌａｂｖｉｅｗ　图３车载雷达的电路系统　雷达电路中的ＵＳＢ芯片采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的　ＣＹ７Ｃ６８０１３Ａ．它是一款８０５１系列的单片机．通过ＵＳＢ　接口连接到电脑．与Ｌａｂｖｉｅｗ软件进行通信．从而完成　对电路的数据控制和分析的功能　ＡＤＣ模块采用　Ａｎａ１ｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅｓ公司的ＡＤ９２４４，它具有１４ｂｉｔｓ的数据　精度和６５ＭＳＰＳ的数据采样率．能够支持对所研究的　雷达电路中频信号的数据采样功能　频率合成器　（Ｓｙｎｔｈ）采用Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅｓ公司的ＡＤ９９５６．它含有２．　７ＧＨｚ的ＤＤＳ模块．可以通过适当的连接实现锁相环　的功能　在Ｌａｂｖｉｅｗ软件的帮助下．系统将通过频率合　成器产生调频连续波（ＦＭＣＷ）信号至发射端．并在接收　端获得中频（ＩＦ）信号，通过滤波即模数转换等处理，最　终通过软件计算得出被测目标的相对距离和速度。下　面对信号发生和接收的核心模块再做一些具体的介　绍。　３．２锁相环　锁相环ｆＰＬＬ１是发射信号的产生及控制模块的重要　部分。在无线电发射机中，锁相环常被用于合成所需的　频率。这个频率是参考频率的整数倍，同时拥有与参考　频率相同的稳定性　在本电路的具体应用中．锁相环电路主要由　ＡＤ９９５６芯片构成，它具体包括了：频率合成￣（Ｓｙｎｔｈｅ．　ｓｉｚｅｒ）、低通滤波器（ＬＰ）、晶振（作为参考时钟信号）、环路　滤波￣（ＬＯＯＰ　ｆｉｌｔｅｒ）￣＇１］电压控制振荡器（ＶＣＯ）。锁相环　采用了部分分频环路的连接方式。这种连接在直接数　字频率合￣（ＤＤＳ１的反馈回路部分提供了精确的分　频功能。同时它也支持直接数字频率合成器的频率扫　描功能。频率合成器可以进一步分成：直接数字频率合　成器（ＤＤＳ）、数模转换器（ＤＡＣ）、相位探测器（ＰＤ）和电流　泵（ＣＰ）。雷达电路中采用的锁相环电路框图如图４所　示。　窿　：　￣ａｒ　ｓ　ｉｇｎａｌ　ｖｍｎｅ…ＶＣＯ删　二；一　～　一一　Ｉｊ｝　Ｉ　一…　＝～ｊ　ｊ　ｊ　＿ｊ　‘…　ＤＡＣ—　ｏｏｓ　一　ｅｔ一－ｖ・ａｅ　Ｉ。　：ｒ　■　１　ｕｕ　—　｝　Ｌ　＝＝　；　。。　“Ｔ：　ｆ　－一…一：　ｒＪ　调频连续波信号将由电压控制振荡器（ＶＣＯ１输出，　经过倍频之后达到７７ＧＨｚ左右．作为发射信号送至雷　达的发射端　３．３中频ｆＩＦ１的信号处理　接收端的中频信号携带着雷达电路中重要的信　息．即目标物体的距离和速度。在本电路中．它是通过　将本地振荡器的信号ＬＯ（发射信号）和射频信号ＲＦ　（接收信号）混合在一起而得到的，如图５所示。　

图５混合器模块　这个混合器即一个乘法器．它所得出的中频信号　可由下式计算得出：　ｃｏｓ（　）删ｃｏｓ（　＝鱼　（ｃ０ｓ（ＷＬｏ－－ＷＲＦ）ｆ］＋ｃ。ｓ　＋　Ｊ　从中我们可以得到中频（ＩＦ）：Ｗ　＝（ｗＩＤ—ｗ盯）。通过进　一步的数据处理．我们即可得到被测目标的相对距离　和速度　４．结束语　经过初步测试．该车载雷达电路系统能够正确产　生ＦＭＣＷ信号，并在接收端正确接收ＩＦ信号。通过对　软硬件的进一步完善．将有望实现商用化．具有良好的　应用前景。　（下转第９６页）　Ｐｌ＿＿＿＿－－＿＿＿＿＿－．－－＿

Ｌ　９６　福　建　电脑　２０１０年第９期　２．２逻辑结构设计　将概念结构设计中用户、角色、功能、模块各实体　的Ｅ—Ｒ转换为关系模式如下：　用户（　缠曼，用户名，密码，部门名称）　角色（鱼鱼　曼，角色名）　用户一角色（　绳呈，　鱼绳曼）　功能（　篮缠呈，功能名称，网页地址，模块编号）　角色一功能（鱼鱼　曼，　缦曼）　功能（功能编号，功能名称）　模块（模块编号．模块名称）　３、实现过程　系统采用Ｂ／Ｓ（Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ）＿－￣层体系结构．使用　了ＡＳＰ．ＮＥＴ技术．数据库使用ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２００５　３．１授权管理　不同的角色拥有相应功能操作的权限．在授权管　理中，先选定角色信息，然后再选定相应的功能，为了　节省篇幅进行了简化．仅列出了学生在教学计划管理　和学籍管理模块的权限分配。图３为授权管理的页面　截图　最膏埋　用户首　角色管理　角色扦配　螭　薮　计制管理　掣档管理　濞程注册香埋　戚续音理　教ｔ捂　Ｉｔ　口　ｔ　Ｒｒ　ｎ　ｆ■　０１　■口　丑勺　ｒ　■　＊　ｒ　：｛】　ｒ　ｆ｛ｌ　）　ｌ用ｔ　■　¨　■ｔＩ，　＃｝■■Ｂ　¨ｌＥ＊ｆⅡ　≈　＆　ｆ　ｍ　＊　，●辟　ｔ　１　Ｉ，ｌｔ￣ｔｆｌｌ　｝Ｔ　±　ｔＩ蔓　２　■　，　，■　：￥±　自ｔ　２｛±ｎ§　‘￥ｎ　ｔ１．　３　§■　＊　／■蚌　一　１　￥±　ｆ　＊　＊　ｎ－件　ｉ　！Ｉ　？　ｅ　§｝Ｔ０　图３授权管理页面　在授权管理页面中显示角色信息和功能授权信　息。为了方便系统管理员授权管理．将每一个功能模块　的授权分为三种方式：在模块中无任何管理权限、拥有　该模块的所有管理权限、拥有该模块的部分管理权限。　在”拥有该模块的部分管理权限”中．当将角色具有的　功能对应ＣｈｅｃｋＢｏｘ被选中并确认后．角色编号和功能　编号将被保存到角色　功能表中．当角色的权限要进　行修改时．需将ＣｈｅｃｋＢｏｘ选中或去除．同时修改角色　

（上接第９Ｏ页）　功能表对应的数据　３．２用户认证　当用户登录系统时．根据用户输入的用户名和密　码在用户表中进行比对判断是否合法用户．如果不是　合法用户则返回登录页面　如果连续三次出错系统自　动退出。如果是合法用户，进入访问控制流程。　３．３安全访问控制　当合法用户登录系统后．先访问用户　角色表．根　据合法用户的用户编号找出该用户对应的角色编号：　再根据角色编号在角色权限表中读出对应的功能编　号：然后在功能表中，根据功能编号找出对应的模块并　生成对应的访问页面　如果每次进入新的页面都要重　新验证用户是否有相应的访问权限．就必须重复读取　数据库中相应的数据．这样系统源耗费比较大．对用户　请求相应变慢，因此，采用了Ｓｅｓｓｉｏｎ机制，合法用户登　录后得到功能权限集合保存在Ｓｅｓｓｉｏｎ对象中．只要　读出Ｓｅｓｓｉ０ｎ对象保存的信息，就可以访问新页面了［５１。　４、结束语　本文介绍ＲＢＡＣ模型在教务管理系统权限管理的　应用，重点分析了数据库的设计过程、授权管理、安全　访问控制等方面。解决了传统权限控制不足，提高权限　管理的安全性、灵活性。系统中授权管理采用图形界　面。授权使用三种方式，操作简便。　参考文献：　『１１杨剑。闪四清．ＡＳＰ．ＮＥＴ环境下基于角色的权限控制的实现　卟计算机技术与发展，２００７，１７（１５）：２３４—２３７．　『２１王延彬，许林英，杨海琛．ＯＡ系统中基于角色的用户权限管理　卟微处理机，２００８，８（４）：６４—６７．　ｆ３１张海涛，刘志峰，李杨，王建华，杨文通．基于角色访问控制在　权限管理中的研究与应用卟微计算机信息，２００６，２２（９）：２９－３２．　『４１冀汶莉．基于Ｒ．ＢＡＣ模型的权限管理系统的研究与应用［Ｉ］．微　电子学与计算机，２００７，２４（８）：８５—８６．　【５】孔令富，孔海娥，冯建周．基于角色一页面的协同设计ＩＪ］．计算　机工程与科学，２００９，３１（９）：５－７．　

参考文献：　［】１　Ａｍｊａｄ　Ａｌｔａｒ，”Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ　ＳｉＧｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｕｂｌｅｒ　ａｎｄ　Ｏｕｔｐｕｔ　Ｂｕｆｆｅｒ　ｆｏｒ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｋａｄａｒ　Ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｍ”，　ＬｉＴＨ—ＩＳＹ—ＥＸ一一０７／３９７８一一ＳＥ．２００７　［２］２　Ｊｏｎｎｙ　Ｓｖｅｎｓｓｏｎ，”Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ＦＭＣＷ　Ｒ．ａｄａｒ　Ｐｌａｔ－　ｆｏｒｍ　Ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ—Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”．ＬＩＴＨ—ＩＳＹ—ＥＸ一一　０６／３７７９一－ＳＥ，２００６　［３】　Ｏｓｃａｒ　Ｅｒｉｋｓｓｏｎ，”Ｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎ　ｏｃｈ　ｈ？ｒｄｖａｒｕｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ　Ｐ．ｒ　ＦＭＣＷ－ｒａｄａｒ”，ＬｉＴＨ－ＩＳＹ—ＥＸ—ＥＴ－－０６／０３２０－－ＳＥ，２００６　张大彪，王艳菊．微波测速、测距系统的设计．仪表技术与　传感器．２００４（４）：１１－１２　１　刘丽华，董天临．连续波多普勒测速雷达射频前端电路设　计与仿真．电子科技．２００７（５）：２０—２５　【６】　陶建史．民用雷达技术．电讯工程，２００２（１）：５－１１　Ｈ．Ｋｏｈｌｉｎｇ，Ｍ．一Ｍ．Ｍｅｉｎｅｃｋｅ，”Ｗａｖｅｆｏｒｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｆｏｒ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｋａｄａｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥ　２００１　［８】　Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｆ．Ｅｇａｎ，”Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｂｙ　Ｐｈｍｅ　Ｌｏｃｋ”，Ｓｅｃ－　ｏｎｄ　Ｅｄｉｔｉ

ｏｎ