微波测速_测距系统的设计

基金项目:河北省教育厅自然科学研究项目(2002236)

收稿日期:2004-02-19

微波测速、测距系统的设计

张大彪,王艳菊

(河北师范大学,河北石家庄　050031)

摘要:车速、车距测量是汽车避撞系统中的关键技术,分析了车速、车距测量方案,并详细讨论了调频连续波(FM 2

CW )测量系统的工作原理,给出了主要电路的设计方法。此系统可以在雾天或夜间准确监测前方车辆,并在车速、车距达到安全边界时给出警示信号,避免碰撞事故的发生。关键词:测速;测距;微波雷达;汽车避撞中图分类号:TH744 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2004)04-0011-02

DesignofMicrowaveVelocityandDistanceMonitorSystem

ZHANGDa 2biao,WANGYan 2ju

(HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050031,China )

Abstract:Measuringvelocityanddistancebetweenvehiclesisacrucialtechnologyinautomotivecollisionpreventionsystem.Ithad analysedthesystemschemeandhadstudiedtheprincipleofthemeasuringsystemofFMCWradar.Thedesignmethodofchiefcircuits hadbeengiven.Thissystemcanmonitorforwardvehicleinafoggydayoratnight.Furthermore,itcangivethealarmwhenthevelocity andthedistancebetweenvehiclesreachtheedgeofsecurity,sosometrafficaccidentswillbeavoided.

KeyWords:MeasuringVelocity;MeasuringDistance;MicrowaveRadar;AutomotiveCorrelationPrevention.

1　引言

近几年来,国内汽车拥有量和交通事业发展很快,但随之而来的是交通事故和行车安全问题。据有关资料显示,在公路交通碰撞事故中,有86%为双车或多车碰撞事故。因此,如何减少碰撞事故的发生成为当务之急。汽车工业比较发达的美国、欧洲和日本开始运用先进的信息技术,开发研制用于汽车的安全避撞系统。根据国外汽车电子化的发展和国内交通状况,提出一种利用微波雷达及计算机技术实现车辆速度、距离测量的应用系统,给出了主要电路的设计方法。

2　系统方案选择

汽车的安全避撞系统是以测距、测速为基础的。在各种环境条件下,准确测量前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。

2.1　测量方案的对比

超声波测速测距的基本原理是利用其反射特性。超声波发生器发射40kHz 超声波遇到障碍物后产生反射波,超声波接收器接收到反射波信号,并将其转换成电信号,测量发射波与回波之间的时间间隔ΔT ,并根据公式R =(ΔT ?v )/2计算距离(v 为超声波传播速度),再根据距离变化量与两次测量时间间隔之比计算车辆运动速度。超声波的特点是对雨、雾、雪的穿透能力强,可以在恶劣气候条件下工作,系统制作简便,成本低。其主要缺点是测量反应时间长,误差大,波束发散角大,分辨率低,衰减快,有效测量距离小,常用于倒车后视雷达。

激光测量主要有脉冲和扫描两种工作方式,激光测量系统具有反应快、有效测量距离大、分辨率高、误差小等优点,近年来在汽车防撞领域越来越受到重视。由于激光镜头易受灰尘、雨雪、风沙的污蚀而影响其工作性能。

微波雷达与其他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,尤其适合在恶劣气候条件下工作。应用微波雷达测速测距,应防止雷达之间以及与其他通信系统之间的电磁干扰。

2.2　微波雷达测速、测距系统

微波雷达汽车避撞系统工作在mm 波段,毫米波在通信、遥感、导弹制导等领域得到了广泛应用。近年来,

美国、日本和欧洲多家著名汽车公司投入巨资研究开发汽车避撞系统并取得了一定的成果,先后研制成功24GHz,60GHz,7615GHz 等3种频率的雷达系统。其中24GHz 雷达系统主要用于集装箱货车和长途客运大巴士,它可探测车辆前向距离,并可发出声光报警;60GHz (主要用于日本)和7615GHz (欧、美用)主要用于小轿车。微波雷达汽车避撞系统主要有两种体制:脉冲多普勒

体制和调频连续波(FMCW

)体制。2.2.1　脉冲式测量系统

脉冲多普勒雷达组成框图如图1所示。

图1　脉冲多普勒雷达组成框图

发射部分由脉冲调制器和射频振荡器组成,通过收发开关发射高频调制脉冲,反射信号通过收发开关进入相干检波器,

射频振荡器的另一种信号经多普勒校正后加到相干检波器作为相位基准,与反射信号比较,检出多普勒频率分量,然后经视频处理电路处理后送入单片机,经单片机运算后获得距离及速度数据,根据距离、速度数据判断危险程度,并通过声光报警电路发出提示信号。

相干检波器输入端两个电压为基准电压u k =U k cos (ω0t

+<0)(

先假定多普勒校正分量为零,其频率和起始相位与发射

信号相同),反射信号u r =U r cos [ω0(t -t r )+<0],t r 为雷达至目标的往返距离,雷达工作于脉冲体制时,信号只在一定延迟

　2004年仪表技术与传感器

2004 第4期InstrumentTechniqueandSensor No 14　

时间脉冲宽度内存在,在相干检波器中u k 和u r 进行比相,其输出电压为u =U 0(1+m cos <),U 0为直流分量,m =U r /U k ,U 0m cos <为检波后的信号分量,即回波信号的包络。对于固定目标,相位差为常数,即:Φ=ω0t r =ω0(2R 0/c )(R 0为雷达至目标距离,c 为光速)合成信号为等幅脉冲串。对于运行目

标,相位差随时间变化:<=ω0t r =ω0[2R (t )/c ]=2(2

π/λ)(R 0-v r t )(λ为工作波长,v r 为目标相对速度),经检波并隔去直流分量后,合成信号脉冲包络为U 0m cos <=U 0m cos (ωd t -<0)(ωd =2πf d t ,f d 为目标多普勒频率),即回波包络受多普勒频率调制。视频处理电路与单片机配合将多普勒频率转换成速度(v r =2f d /λ),将发射脉冲与反射信号的间隔Δt 转换成距离(R =Δt ?c/2)。

脉冲多普勒雷达系统具有测量精度高、数据刷新快的优点,在对远距离目标测量时具有明显的优势,但是目标距离较近时,要求调制脉冲宽度很窄(R <15m 时,调制脉宽应小于011μs ),近距离时要求信号处理芯片的速度更高,因此系统复杂程度及成本都比较高。2.2.2　调频连续波系统

调频连续波测速测距系统具有电路简单、成本较低的优点。其组成如图2所示,系统由单片机、发射接收前端、调制信号产生中频信号处理及警示电路组成。调制信号产生电路形成一低频三角波,此三角波送入压控振荡器(VCO )控制其中心频率f 0,经调制的微波信号通过定向耦合器、环形器、天线以一定波束宽度向空间辐射电磁波,遇到目标后的反射信号加到混频器,与定向耦合器来的发射信号混频,差频信号经中频放大后送信号处理电路,单片机与信号处理电路配合计算出相对距离和速度,并根据危险程度发出相应的警示信号。信号频率变化波形如图3所示

。

图2　调频连续波测速、

测距系统框图

图3　调频连续波系统波形图

对于固定目标,发射信号与回波信号相差ΔT ,ΔT =2R/

C ,混频器输出的中频信号为

f I =[B/(T/2)](2R/C )=(4B/TC )R 式中:T 为调制三角波周期;C 为电磁波传播速度;B 为发射信号带宽;R 为目标与雷达之间距离。

对于运动目标,反射信号中包含多普勒频率f d ,f d =2v/λ,λ为发射信号波长,v 为目标运动速度。在调制信号的上升段f I +=(4B/TC )R -f d ;在调制信号的下降段f I-=(4B/TC )R

+f d ,将f I+与f I-分别相加和相减得到:

R =

(f I++f I-)TC 8B v =

C

4f 0(f I-

-f I+)(1)

式中f 0为发射信号中心频率。由式(1)式可以看出,只要实时

计算出f I+,f I-,即可方便的计算出距离和速度。

3　调频连续波系统主要参数的选取

3.1　调频连续波前端参数选取

(1)收发前端的选取。FMCW 前端是测速测距系统的核心

部件,从结构形式上主要有波导前端、微带结构前端和单片集成式前端。通常将线性VCO 、环形器和平衡混频器3部分做在一个屏蔽盒内,电路形式有零拍型和外差型,零拍型系统电路简单、信噪比很低;外差型系统可以使信噪比得到较大提高。

(2)中心频率的选取应考虑,天线尺寸与波束宽度因素,对于固定测速系统,由于对尺寸要求较宽松,其频率多在Ku 波段如:1015GHz,1315GHz,2411GHz.而对于车载式测速测距系统,要考虑车体外形,天线尺寸应尽量小,为了减少道路两旁地

物干扰,天线波束应尽量窄(2～3°

),为解决两者之间的矛盾只有提高中心频率。目前国外已研制出24GHz,35GHz,60GHz,7615GHzFMCW 前端,国内对35GHz,94GHz 前端研究已有成功报道。

(3)发射功率选取。根据雷达方程R 4max =(P t G 2λ2

σ)/[(4

π)2

S i min ](式中:R max 为最大作用距离,按设计要求为200m;G 为天线增益;λ为载频波长,采用35GHz 系统时λ=816mm;σ为目标有效散射面积;S i min 为雷达接收机灵敏度),考虑

到雷达系统损耗以及实际电路对作用距离的改善等因素,发射功率通常取20～40mW.

3.2　调制信号参数确定

根据给定的距离分辨率D ,利用公式B =C/2D 求发射信号带宽B ,根据数据刷新频率要求确定三角波周期T ,根据距离测量范围ΔR ,利用公式计算中频信号频率范围Δf I ,Δf I =(4B ΔR )/(TC ),当D =015m 时,B =300MHz,T =015ms,ΔR =5～200mm,Δf I =40～1600kHz.

3.3　中频放大器及带通滤波器的设计

中频放大器组成如图4(a )所示

。

(a )中频放大器框图 (b )带通滤波器设计要求

图4　中频放大及滤波器特性

前端混频器输出的中频信号频率和幅度随着距离不同有

较大的变化,其幅度在012V ～20μV 之间变化,后级信号处理电路通常要求输入端信号幅度达到2～4V,为此中频部分的最大增益应设计为2V/20μV=105倍(100dB ),近距离最小增益为26dB,自动增益控制范围为74dB,使用带通滤波器,可在40kHz 附近将信号衰减10dB,这样低噪声放大可选用MAX410、F1590低噪声宽带运算放大器,增益设计为36dB,不设自动增益控制。末级中放选用两个AD603,增益设计为30dB 和34dB,加上带通滤波器10dB 的衰减可满足74dB 的控制要求。带通滤波器可按图4(b )要求设计。

3.4　频率参数提取电路

频率提取是检测出对应于调制信号上升段的中频信号f I+和下降段的f I-,然后根据前述公式计算出距离和相对速度,它是系统的关键电路,研究表明:在远距离时,回波信号衰减很大,加上噪声的影响,将大大增加检测难度,为正确检测出中频信号,在前端设计上尽量提高载波频率,降(下转第15页)

　12　InstrumentTechniqueandSensor Apr 12004

要包括通道测试内容、通道灵敏度、通道偏移量、通道滤波参

数、通道实时波形显示参数、通道报警参数等。

(3)数据采集:按设定的采样频率和数据长度对各通道进行一次数据采集。

(4)数据处理:对采集的数据和波形进行裁减、移动、滤波等。为了弥补硬件滤波器的不足,提高设备的可靠性,在水电站监测系统的软件中,采用了谐波去除法作为软件滤波的方法。

(5)数据分析:提供功能强大的高级数学分析库,包括自相关和互相关分析、回归分析、时域和频域分析以及小波分析等。系统目前提供的时域分析有时域波形显示(包括波形的局部放大及缩小)、峰值相位信息计算、相关分析以及波形特征值的显示;频域分析有幅值谱分析、功率谱分析以及频谱图特征值的计算与显示。

(6)远程通信:负责将各遥测点的水位数据传输到中央控制室。虽然目前远程通信具有很好的数据协议、压缩协议、纠错协议,但数据传输过程中难免出现错误。系统采取了一种简单的数据校验方法。遥测点发送时的数据格式为要发送的数据+数据校验和+结束标志。中央控制室从接收到的数据流中找到结束标志,相邻两个结束标志之间即为接收到的数据及数据校验和,中央控制室比较接收到的数据和校验和,符合就认为正确接收了数据,不符合就认为本次接收到的数据与上一次相同。

(7)数据库管理:包括测量值数据库管理和工作日志数据库管理。测量值数据库:将测得的各物理量的信息以波形和报表形式存储,供数据查询和显示。数据存储分即时数据和历史数据。工作日志数据库:实时记录上/下电、参数修改、报警、设备调整等信息。

(8)数据输出:包括屏幕显示和打印机输出等。显示内容:实时时钟显示、各监测信息的波形显示、表格显示,报表可按

日、月、年统计信息,也可按任一年的同一月份、同一季度等来

统计信息。

(9)报警处理:当系统完成一次现场数据采集后,按一定的规则对采集数据进行比较。当某通道的数据超过预先的给定值后,则弹出报警画面,进行语言提示,并启动报警继电器。

(10)辅助功能:包括进程报告、故障查询和在线帮助。进程报告定性地显示系统运行的进度;故障查询功能将实际任务中出现的故障现象汇集成数据库,提供一个界面对数据库进行查询等操作;在线帮助的内容有系统运行环境要求、使用方法、维护方法以及可能出现的疑难问题的解答,它的实现方法是使用Function ∥ApplicationControl ∥Help 中的函数调用HLP 格式的帮助文档。

4　结束语

以计算机为主控单元,以LabView 为开发平台设计的水电站监测系统,充分发挥了虚拟仪器技术的优势,系统不仅可以实现数据的测量和显示,而且可以进行数据的分析以及各种曲线的绘制和打印报表等功能。由于系统采用了虚拟仪器技术的思想,系统的结构具有广泛的适用性;再加上系统设计时采用了模块化、组态思想,这些都使得系统可以根据不同需要,很方便地配置成用户所需要的模式,实现对系统的扩展;同时,通过软件完成与硬件接口的连接。因此系统具有优良的开放性、可扩展性和可维护性,是水电站监测系统的发展方向。

参考文献

[1]　https://www.sodocs.net/doc/0a15188981.html,bViewUserManual.NationalInstru 2

mentsCorporation,1998.[2]　NI 公司.基于PC 机的虚拟仪器.电子产品世界,2003,1:86-88.[3]　袁希光.传感器技术手册.北京:国防工业出版社,1986.

[4]　NationalInstramentsCorporation.SignalProcessingToolsetReference

Manual.NationalInstrumentsCorporation,1999.

(上接第12页)低波束宽度,提高信噪比,设计出抗干扰能力强

的发射信号,采用外差式FMCW 方案等措施。在信号处理部分,则采用实时高效的数字信号处理电路对中频信号进行噪声滤波和频率变换。系统采用双路频率提取电路分别从频域和时域提取频率信息,如图5,经放大的中频信号一路经过A/D 变换将其数字化,再送入高速处理芯片进行快速傅里叶变换(FFT )得到频率分量;另一路经延时后产生控制方波,在单片机控制下对整形后的中频信号进行计数,得到回波信号的周期,由单片机计算出频率,将两次得到的数值平均后作为一个有效的频率值f I+或

f I-。

图5　频率提取电路

3.5　本车速度提取电路

由于测量系统随车辆运动而引起的附加速度分量需经校

正电路将其抵消。因此需要实时检测本车速度,本车速度可直接从速度表提取,采用电子式速度表的车辆,由安装于变速器诱导轮上的霍尔传感器产生正比于行车速度的电信号,经电路变换成方波信号,取出此信号经计数器可生成速度数字量。采用机械式速度表的车辆,需另加变换器生成速度信号。

3.6　控制电路及程序设计

整个系统分控制和数据采集两部分,单片机完成各采集模

块同步信号的产生、数据的存储运算,根据碰撞模型判断危险

程度,发出警示信息,而低频调制信号、数据采集、滤波、快速傅里叶变换(FFT )、周期测量、本车速度提取均由专用模块完成。单片机控制程序框图如图6所示。

微波测速测距系统采用先进的调频连续波前端和高速实时信号处理芯片以及双路频率检测技术,具有体积小、可靠性高、虚警概率低的特点,能在恶劣气候条件下及时发现危险目标

,保证行车安全。

图6　测量控制程序框图

参考文献

[1]　余成波,万文略,郑有根.汽车激光雷达自动防撞微机控制系统的

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子技术应用,2001.[5]　吕立波.汽车避撞技术及其发展.国外科技动态,2002.

　第4期

瞿

:基于虚拟仪器技术开发的水电站监测系统的研究15

雷达测速与测距

雷达测速与测距标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，B=?f=1/τ，此处，τ为发射脉冲宽度。因此，对于简单的脉冲雷达系统，将有 δr=c 2τ（） 在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间内所输出的功率称脉冲功率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值，用Pav表示。它们的关系为 P tτ=P av T r（）脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。 在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频域上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B满足B=?f?1/τ。令τ0=1/B,则 δr=c 2τ0（） （）式中，τ0表示经脉冲压缩后的有效脉宽。因此脉冲压缩雷达可用宽度τ的发射脉冲来获得相当于发射有效宽度为τ0的简单脉冲系统的距离分辨力。发射脉冲宽度τ跟系统有效（经压缩的）脉冲宽度τ0的比值便成为脉冲压缩比，即 D=τ τ0 （）则

【毕业设计】基于单片机自行车测速系统设计-精品

基于单片机自行车测速系统设计 摘要 随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。以 AT89C52 单片机为核心，A44E 霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用 24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。软件部分用汇编语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。 关键词：里程/速度；霍尔元件；单片机；LED显示

Bike speed system design based on single chip ABSTRACT With the developing of people’s life, the bi cycle is not only the universal tool of transportation and substitute for walking, but becomes the first choice of entertainment and exercising. The bicycle mileage/speed can fulfill the basic need of people’s life, so that they can learn the speed and the mileage of the bicycle. In this paper, the bicycle mileage/speed design based on the Hall element is elaborated. By AT89C52 as kernel, using A44E Hall element to measure revolution, the measure and statistic are achieved. The range information is saved by 24C02 when the power is off, the bicycle speed can be displayed on LED. In this article, the hardware circuit and software design of bicycle mileage/speed instrument are introduced in detail. About the hardware, the pulse number is transmitted of one cycle of the bicycle into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in assemble language; the program is designed in the mode of modules. The system has simple hardware, common sub-program, and meets the demand of design. . Keyword：Mileage / speed; Hall element; Single chip microcomputer; LED

连续波雷达测速测距原理.doc

连续波雷达测速测距原理 一．设计要求 1、当测速精度达到s，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频 波的调制周期和信号采样率； 2、若调频信号带宽为50MHz，载频 24GHz，三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（m/s)，请用 matlab 对算法进行仿真。 二．实验原理和内容 1.多普勒测速原理 x a (t) x(n) FFT P(k ) 峰值f d A/D 谱分析搜索 图频域测速原理 f d max max | f m f d | f s / 2N v r max f d max / 2 f s / 4N/ 4T 依据芯片参数，发射频率为24GHz，由上式可以得出，当测速精度达到 s 时，三角调频波的调制周期可以计算得，T= 信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz。2．连续波雷达测距基本原理 设天线发射的连续波信号为：①x T f0 (t ) cos(2 f0 t0 ) ] 则接收的信号为：② x R f0 (t ) cos[2 f 0 (t t r ) 0 若目标距离与时间关系为：③R ( t ) R 0 v r t

则延迟时间应满足以下关系 :④ t 2 v t) r ( R c r v r 将④代入②中得到 x R f 0 (t ) cos{ 2 f 0 [ t 2 (R 0 v r t )]0 } c v r cos[2 ( f 0 f d 0 )t 2 f 0 2R 0 ] c f d 0 2 v r f 其中 c 根据上图可以得到，当得到 t ，便可以实现测距，要想得到 t ，就必须测得 fd 。 已知三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（ m/s)，则可以通过 :③ R ( t ) R 0 v r t ④ t 2 v t ) r ( R c 0 r v r 分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对 发射信号的延迟时间。

基于单片机设计的自行车测速计系统

届．别． 2013届 学号 毕业设计 基于单片机设计的自行车测速系统 姓名 系别、专业 导师姓名、职称 完成时间 1

目录 摘要 .............................................................. 3矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Abstract............................................................ 3聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 1 绪论 ........................................................... 4残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 1.1 课题背景 ................................................. 5酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.2 课题主要任务及内容........................................ 5彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.3 任务分析与实现............................................ 5謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 2 系统设计 ....................................................... 6厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 2.1 硬件方案设计.............................................. 6茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.2 软件方案设计.............................................. 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.3 硬件电路设计.............................................. 8籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 2.3.1 概述................................................ 8預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 2.3.2 系统总电路图......................................... 9渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.3.3 单片机简介.......................................... 9铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 2.3.4 单片机的引脚功能介绍............................... 10擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 2.3.5 单片机中断系统介绍................................. 10贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 2.3.6 传感器及其测量系统................................. 11坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 2.3.7 霍尔传感器的测温原理............................... 11蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 2.3.8 集成开关型霍尔传感器............................... 12買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 2.4 单片机外围电路的设计......................................... 13綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 2.4.1 时钟电路的设计......................................... 13驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 2.4.2 复位电路的设计......................................... 14猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 2.4.3 显示电路的设计......................................... 15锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 3 软件程序设计 .................................................. 16構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 3.1 概述 ..................................................... 16輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.2 总体程序设计............................................. 16尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 3.3 中断子程序设计........................................... 18识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。结论 ............................................................ 19凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。参考文献 ......................................................... 20恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。致谢 ............................................................. 20鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。附件一：总体原理图设计............................................ 21硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。

微波测速_测距系统的设计

基金项目:河北省教育厅自然科学研究项目(2002236) 收稿日期:2004-02-19 微波测速、测距系统的设计 张大彪,王艳菊 (河北师范大学,河北石家庄　050031) 摘要:车速、车距测量是汽车避撞系统中的关键技术,分析了车速、车距测量方案,并详细讨论了调频连续波(FM 2 CW )测量系统的工作原理,给出了主要电路的设计方法。此系统可以在雾天或夜间准确监测前方车辆,并在车速、车距达到安全边界时给出警示信号,避免碰撞事故的发生。关键词:测速;测距;微波雷达;汽车避撞中图分类号:TH744 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2004)04-0011-02 DesignofMicrowaveVelocityandDistanceMonitorSystem ZHANGDa 2biao,WANGYan 2ju (HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050031,China ) Abstract:Measuringvelocityanddistancebetweenvehiclesisacrucialtechnologyinautomotivecollisionpreventionsystem.Ithad analysedthesystemschemeandhadstudiedtheprincipleofthemeasuringsystemofFMCWradar.Thedesignmethodofchiefcircuits hadbeengiven.Thissystemcanmonitorforwardvehicleinafoggydayoratnight.Furthermore,itcangivethealarmwhenthevelocity andthedistancebetweenvehiclesreachtheedgeofsecurity,sosometrafficaccidentswillbeavoided. KeyWords:MeasuringVelocity;MeasuringDistance;MicrowaveRadar;AutomotiveCorrelationPrevention. 1　引言 近几年来,国内汽车拥有量和交通事业发展很快,但随之而来的是交通事故和行车安全问题。据有关资料显示,在公路交通碰撞事故中,有86%为双车或多车碰撞事故。因此,如何减少碰撞事故的发生成为当务之急。汽车工业比较发达的美国、欧洲和日本开始运用先进的信息技术,开发研制用于汽车的安全避撞系统。根据国外汽车电子化的发展和国内交通状况,提出一种利用微波雷达及计算机技术实现车辆速度、距离测量的应用系统,给出了主要电路的设计方法。 2　系统方案选择 汽车的安全避撞系统是以测距、测速为基础的。在各种环境条件下,准确测量前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。 2.1　测量方案的对比 超声波测速测距的基本原理是利用其反射特性。超声波发生器发射40kHz 超声波遇到障碍物后产生反射波,超声波接收器接收到反射波信号,并将其转换成电信号,测量发射波与回波之间的时间间隔ΔT ,并根据公式R =(ΔT ?v )/2计算距离(v 为超声波传播速度),再根据距离变化量与两次测量时间间隔之比计算车辆运动速度。超声波的特点是对雨、雾、雪的穿透能力强,可以在恶劣气候条件下工作,系统制作简便,成本低。其主要缺点是测量反应时间长,误差大,波束发散角大,分辨率低,衰减快,有效测量距离小,常用于倒车后视雷达。 激光测量主要有脉冲和扫描两种工作方式,激光测量系统具有反应快、有效测量距离大、分辨率高、误差小等优点,近年来在汽车防撞领域越来越受到重视。由于激光镜头易受灰尘、雨雪、风沙的污蚀而影响其工作性能。 微波雷达与其他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,尤其适合在恶劣气候条件下工作。应用微波雷达测速测距,应防止雷达之间以及与其他通信系统之间的电磁干扰。 2.2　微波雷达测速、测距系统 微波雷达汽车避撞系统工作在mm 波段,毫米波在通信、遥感、导弹制导等领域得到了广泛应用。近年来, 美国、日本和欧洲多家著名汽车公司投入巨资研究开发汽车避撞系统并取得了一定的成果,先后研制成功24GHz,60GHz,7615GHz 等3种频率的雷达系统。其中24GHz 雷达系统主要用于集装箱货车和长途客运大巴士,它可探测车辆前向距离,并可发出声光报警;60GHz (主要用于日本)和7615GHz (欧、美用)主要用于小轿车。微波雷达汽车避撞系统主要有两种体制:脉冲多普勒 体制和调频连续波(FMCW )体制。2.2.1　脉冲式测量系统 脉冲多普勒雷达组成框图如图1所示。 图1　脉冲多普勒雷达组成框图 发射部分由脉冲调制器和射频振荡器组成,通过收发开关发射高频调制脉冲,反射信号通过收发开关进入相干检波器, 射频振荡器的另一种信号经多普勒校正后加到相干检波器作为相位基准,与反射信号比较,检出多普勒频率分量,然后经视频处理电路处理后送入单片机,经单片机运算后获得距离及速度数据,根据距离、速度数据判断危险程度,并通过声光报警电路发出提示信号。 相干检波器输入端两个电压为基准电压u k =U k cos (ω0t +<0)( 先假定多普勒校正分量为零,其频率和起始相位与发射 信号相同),反射信号u r =U r cos [ω0(t -t r )+<0],t r 为雷达至目标的往返距离,雷达工作于脉冲体制时,信号只在一定延迟 　2004年仪表技术与传感器 2004 第4期InstrumentTechniqueandSensor No 14

激光测速与雷达测速的原理比较

激光测速与雷达测速的原理与比较 多谱勒效应和雷达测速 你一定有这样的经验，当你站在马路旁边，即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况，单凭耳朵的听觉判断，你能感到一辆汽车正在驶过来，或者离你而去. 这里面当然依靠汽车行驶的声音是渐强还是渐弱，但细细想想，主要还是根据汽车行驶的车轮声或喇叭声调的变化. 原来，车辆驶近时，声音要变尖，也就是说，音调要高些；开过以后，远离的时候，声音会越来越低. 为什么会这样呢？原来，声音的形成，首先是由于发声体的振动，然后在它周围的空气中形成了一会疏一会密的声波，传到耳朵里，使耳膜随着它同样地振动起来，人们就听到了声音. 耳膜每秒钟振动的次数多，人就感到音调高；反之，耳膜每秒钟振动的次数少，人就感到音调低. 照这样说，声源发出什么声，我们听到的就是什么调. 问题的关键在于汽车在怎样的运动. 汽车匀速驶来，轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律，一定距离排列的，可当汽车向你开来时，它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了，“疏”、“密”的距离更近了，人们听到的音调也就高了. 反之，当汽车离你远去时，它把空气中的疏密拉开了，听到的声音频率就小了，音调也就低了. 汽车的速度越大，音调的变化也越大. 在科学上，我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象，称为“多谱勒效应”. 有趣的是，雷达测速计也正是根据多谱勒效应的原理研制出来的. 我们知道，小汽车可以开得很快，可是为了保证安全，在某些路段上，交通警察要对车速进行限制. 那么，在汽车快速行进时，交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢？最常用的测速仪器叫雷达测速计，它的外形很像一支大型信号枪，它也有枪筒，手柄、板机等部件，在枪的后面有一排数码管. 把枪口对准行驶的车辆，一扣板机，一束微波就射向行驶中的车辆. 微波是波长很短的无线电波，微波的方向性很好，速度等于光速. 微波遇到车辆立即被反射回来，再被雷达测速计接收. 这样一来一回，不过几十万分之一秒的时间，数码管上就会显示出所测车辆的车速. 它所依据的原理依然是“多谱勒效应”. 雷达测速计发出一个频率为1000 MHz的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来，它的反射波频率不会改变，仍然是1000 MHz. 反之，如果车辆在行驶，而且速度大，那么，根据多谱勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同. 通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，通过电脑就可以换算出汽车的速度了. 当然，这一切都是自动进行的. 雷达测速计的测速范围大约在每小时24 km到199 km之间，测速范围比较大，精确度也相当高，车速在每小时100 km/h，误差不会超过1 km/h. 测速雷达朝向公路，可以测量车速，如果指向天空，就可以测云层的高度，测云层的速度. 当然，要测几十千米外，甚至上百千米外的飞机，也是这个原理，只不过要向它扫描的空间连续发射微波束，这些微波束遇到飞机再反射回来，已经极其微弱了，要想把它接收到，分辨清并计算出来，就很困难了，这就需要一个庞大的灵敏的雷达. 雷达测速与激光测速的比较

雷达测速试验报告

雷达测距实验报告 1. 实验目的和任务 1.1 实验目的 本次实验目的是掌握雷达带宽同目标距离分辨率的关系，通过演示实验了解雷达测距基本原理，通过实际操作掌握相关仪器仪表使用方法，了解雷达系统信号测量目标距离的软硬件条件及具体实现方法。 1.2 实验任务 本次实验任务如下： （1）搭建实验环境； （2）获得发射信号作为匹配滤波的参考信号； （3）获得多个地面角反射器的回波数据，测量其各自位置，评估正确性； （4）获得无地面角发射器的回波数据，与（3）形成对比，并进行分析。 2. 实验场地和设备 2.1 实验场地和环境条件 本次实验计划在雁栖湖西校区操场进行，环境温度25℃，湿度40%。 实验场地如上图所示，除角反射器以外，地面上还有足球门、石块以及操场上运动的人等比较明显的目标。

2.2 实验设备 实验所需的主要仪器设备如下： （1） 矢量信号源SMBV100A ； （2） 信号分析仪FSV4； （3） S 波段标准喇叭天线； （4） 角反射器 （5） 笔记本电脑 2.3 设备安装与连接 设备连接关系图如下： 雷达波形文件雷达回波数据 时钟同步 计算机终端 SMBV100A 矢量信号源 FSV4信号分析仪 角反射器 交换机 图1 实验设备连接示意图 其中：蓝色连接线表示射频电缆，灰色连接线表示网线。 3. 实验步骤 3.1 实验条件验证 检查仪器工作是否正常，实验环境是否合适。 3.2 获取参考信号 1. 调节信号源参数，生成线性调频信号，作为匹配滤波的参考信号，然后通过射频电缆将信号源与频谱仪相连，利用频谱仪的A/D 对线性调频信号采样，并通过网线将数据传输给计算机，并保存为“b1.dat ”。参考信号的主要参数如下所示：

雷达测速与测距 ()

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 1.1 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空 间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各 种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不 同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信 号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角 度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分 辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为 （1.1） 其中c为光速，为发射波形带宽。 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大， 在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，，此处，为发射脉冲宽度。因此，对 于简单的脉冲雷达系统，将有 （1.2）在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不 能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要 性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探 测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率 分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间 内所输出的功率称脉冲功 率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值， 用Pav表示。它们的关系为 （1.3） 脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉 冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应

基于51单片机自行车测速系统设计

摘要 随着居民生活水平的不断提高，人们对于生活质量的要求也日益增加，尤其是对健身的要求。自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。而对于自行车运动员来说，最为关心的莫过于一段时间内的训练效果。因为教练要根据一段时间内运动员的训练效果进行评估，从而进行适当的调整已使运动员达到最佳的状态。因此爱好自行车运动的人十分学要一款能测速的装置，以知道自己的运动情况。并根据外界条件，如温度，风速等进行适当的调节，已达到最佳运动的效果。 关键词：单片机、LED显示、里程/速度、霍尔元件

第一章系统总方案分析与设计 1.1 课题主要任务及内容 本课题主要任务是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用LED数码管实时显示里程和速度的自行车的速度里程表。本文主要介绍了自行车的速度里程表的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。 本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计，包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后对本次设计进行了系统的总结。 具体的硬件电路包括AT89C52单片机、霍尔元件以及LED显示电路等。 软件设计包括：中断子程序设计，里程计算子程序设计，显示子程序设计。软件采用汇编语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐一设计。 1.2 任务分析与实现 本设计的任务是：以通用AT89C52单片机为处理核心，用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。里程及速度的测量，是经过AT89C52的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LED显示器显示出来。 本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数n和周长L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LED切换显示当前里程;当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显示当前速度。 要求达到的各项指标及实现方法如下： 1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。 2. 对脉冲信号进行计数。 实现：利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。 3. 对数据进行处理，要求用LED显示里程总数和即时速度。 实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。 最终实现目标：自行车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。

雷达测距、测角、测速基本原理

雷达测距、测角、测速基本原理 目标在空间的位置可以用多种坐标系表示。最常见的是直角坐标系，空间任一点目标P 的位段可用x，y,z三个坐标值来确定。在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系统. 目标的斜距R为雷达到目标的直线距离OP;方位角a为目标的斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(一般是正北方向)在水平面上的夹角;仰角B为斜距R与它在水平面上的投影OB在沿垂直面上的夹角，有时也称为倾角或者高低角。 如果需要知道目标的高度和水平距离，那么利用圆柱坐标系就比较方便。在这种坐标系中.目标的位由三个坐标来确定:水平距离D;方位角。;高度H, 球坐标系与圆柱坐标系之间的关系如下: D=RcosB H=RsinB a=a 上述这些关系仅在目标的距离不太远时是正确的;当距离较远时，由于地面的弯曲，必须作适当的修正。 现以典型的脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理。它由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成。发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上，在各个方向上产生二次散射。雷达接收天线收集散射回来的能量，并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标，提取目标位置、速度等信息。实际脉冲雷达的发射和接收通常共用一个天线，以简化结构.减小体积和重量。 脉冲雷达采用的发射波形通常是高频脉冲串.它是由窄脉冲调制正弦载波产生的，调制脉冲的形状一般为矩形，也可采用其他形状。目标与雷达的斜距由电磁波往返于目标与雷达之间的时间来确定;目标的角位置由二次散射波前的方向来确定;当目标与雷达有相对运动时，雷达所接收到的二次散射波的载波频率会发生偏移，测量载频偏移就可以求出目标的相对速度，并且可以从固定目标中区别出运动目标来。

雷达测速测距原理简介

雷达测速测距原理简介 一、FMCW模式下测速测距 1、FMCW模式下传输波特征 调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。 2、FMCW模式下基本工作原理 一般调制信号为三角波信号，发射信号与接收信号的频率变化如图所示。 反射波与发射波的形状相同。只是在时间上有一个延迟，t与目标距离R的关系为： Δt=2R/c公式1 其中 Δt：发射波与反射波的时间延迟 R：目标距离 c：光速c=3×108m/s 发射信号与反射信号的频率差为混频输出中频信号频率f如图所示：

根据三角关系，得： ΔtT2= ΔfB公式2 其中： Δf：发射信号与反射信号的频率差为|f1-f0| T：调制信号周期——1.5ms B：调制带宽——700MHz 由以上公式1和公式2得出目标距离R为： R=cTΔf 4B公式3 3、FMCW模式下测距原理 由公式3可以得出，目标距离R与雷达前端输出的中频频率f成正比 4、FMCW模式下测速原理 当目标与雷达并不是相对静止时，也就是有相对运动时，反射信号中包含一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移fd，如图所示： 此时发射信号与接收信号的频率差如图所示：

在三角波的上升沿和下降沿分别可得到一个差频，用公式表示为： f+= f-fd 公式4 f-= f+fd 公式5 其中 f为目标相对静止时的中频频率 f+代表前半周期正向调频的差频 f-代表后半周期负向调频所得的差频 fd为针对有相对运动的目标的多普勒频移 根据多普勒效应得： fd=2fc 公式6 其中： 为目标和雷达的径向速度 f0为发射波的中心频率 由公式4、5、6可得： f+f f=+2 公式7 c|f-f|v=2f02 公式8 速度v的符号与相对运动方向有关系，当目标物相对雷达靠近时v为正值。当目标相对雷达离开时v为负值。 由公式3和公式7进一步得出： cTf+fR=4B2 公式9

雷达测速仪有哪些特点

我国河流湖泊众多，水网密布，而要测量水流的流速，记录水文数据资料，就需要用到测速仪。雷达测速仪就是众多测速仪中的一种，雷达测流运用的原理是多普勒效应。多普勒效应是为纪念奥地利物理学家克里斯琴约翰.多普勒而命名的。在声学领域中,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率将有所变化,此种频率的变化称之为频移,即多普勒效应。如下图所示,当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同, 此频率差称为多普勒频移。通过解析频移与V的关系，得到流体表面流速。 雷达测速仪被广泛应用在河道、灌渠、防汛等水文测量；江河、水资源监测；环保排污、地下水道管网监测；城市防洪、山区暴雨性洪水监测；地质灾害预警监测等诸多领域。 今天我们主要来看看雷达测速仪的特点，主要有如下几个特点： 1、非接触、安全低损、少维护、不受泥沙影响； 2、能胜任洪水期高流速条件下的测量； 3、具有防反接、防雷保护功能； 4、系统功耗低，一般太阳能供电即可满足测流需要； 5、多种接口方式，既有数字接口又具有模拟接口，方便接入系统； 6、无线传输功能（可选），可将数据无线传输到3.5km以外；

7、测速范围宽，测量距离远达40m； 8、多种触发模式：周期、触发、查询、自动； 9、安装特别简单，土建量很少； 10、全防水设计，适合野外使用。 非接触雷达测流方式测速时设备不受污水腐蚀，不受泥沙影响，少受水毁影响，土建简单，便于维护，保障人员安全，特殊的天线设计使得功耗超低，大大降低了供电需求。不仅可用于平时流速监测，而且特别适合承担急难险重观测任务。 航征科技是目前国内具有自主知识产权的雷达方案提供商, 拥有多项专利和软件著作权。航征面向水文、水利、环境保护、城市排水管网等行业用户, 提供雷达流速流量在线监测解决方案。航征分别在上海、无锡建立了运营和研发测试中心,拥有完整的技术研发体系和阵容强大的科研队伍，与清华大学、国防科技大学、上海交通大学等知名院校达成长期战略合作,有多位业内专家作为公司的技术后盾，立志成为全球优秀的智能传感解决方案提供商。

车载激光雷达测距测速原理

车载激光雷达测距测速原理 陈雷1，岳迎春2，郑义3，陈丽丽3 1黑龙江大学物理科学与技术学院，哈尔滨 (150080) 2湖南农业大学国家油料作物改良中心，长沙 (410128) 3黑龙江大学后勤服务集团，哈尔滨（150080） E-mail：lei_chen86@https://www.sodocs.net/doc/0a15188981.html, 摘要：本文在分析了激光雷达测距、测速原理的基础上，推导了连续激光脉冲数字测距、多普勒频移测速的方法，给出车载激光雷达基本原理图，为车载激光雷达系统测距测速提供了基本方法。 关键词：激光雷达，测距，测速 1．引言 “激光雷达”(Light Detection and Range,Lidar)是一种利用电磁波探测目标的位置的电子设备。其功能包含搜索和发现目标；测量其距离、速度、位置等运动参数；测量目标反射率，散射截面和形状等特征参数。激光雷达同传统的雷达一样，都由发射、接收和后置信号处理三部分和使此三部分协调工作的机构组成。但传统的雷达是以微波和毫米波段的电磁波作为载波的雷达。激光雷达以激光作为载波，激光是光波波段电磁辐射，波长比微波和毫米波短得多。具有以下优点[1]： (1)全天候工作，不受白天和黑夜的光照条件的限制。 (2)激光束发散角小，能量集中，有更好的分辨率和灵敏度。 (3)可以获得幅度、频率和相位等信息，且多普勒频移大，可以探测从低速到高速的目标。 (4)抗干扰能力强，隐蔽性好；激光不受无线电波干扰，能穿透等离子鞘，低仰角工作时，对地面的多路径效应不敏感。 (5)激光雷达的波长短，可以在分子量级上对目标探测且探测系统的结构尺寸可做的很小。当然激光雷达也有如下缺点： (1)激光受大气及气象影响大。 (2)激光束窄，难以搜索和捕获目标。 激光雷达以自己独特的优点，已经被广泛的应用于大气、海洋、陆地和其它目标的遥感探测中[14,15]。汽车激光雷达防撞系统就是基于激光雷达的优点，同时利用先进的数字技术克服其缺点而设计的。下面将简单介绍激光雷达测距、测速的原理，并在此基础上研究讨论汽车激光防撞雷达测距、测速的方法。 2. 目标距离的测量原理 汽车激光雷达防撞系统中发射机发射的是一串重复周期一定的激光窄脉冲，是典型的非相干测距雷达，对它的要求是测距精度高，测距精度与测程的远近无关；系统体积小、重量轻，测量迅速，可以数字显示；操作简单，培训容易，有通讯接口，可以连成测量网络，或与其他设备连机进行数字信息处理和传输。 2.1测距原理 激光雷达工作时，发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉冲。如果在电磁波传播的

自行车测速仪的设计说明书

《电子线路综合设计》 课 程 设 计 说 明 书 题目：__自行车测速________ 摘要 本设计主要阐述一种基于单片机与霍尔传感器等元件的测速仪设计。以AT89C51单片机为核心，实现对自行车里程、速度、时间、等参数的测量，并能简单的将里程及速度用1602实时显示。在本文中详细介绍了测速仪的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔传感器将每秒内的脉冲数传入单片机系统，然后

经单片机系统计算处理并将过处理结果送1602显示。软件的设计采用模块化结构，使程序的逻辑关系更加简洁。使硬件在软件的控制下协调运作。仿真，所设计的硬件电路及软件程序是正确的，实际的硬件电路中也基本上能够满足设计要求。 关键词：里程/速度，时间，霍尔元件，单片机，1602 Abstract This design mainly elaborated based on MCU and Hall element of speed instrument design. Take STC MCU as the core, Hall element speed, realizes to the bicycle mileage, speed, time measurement, and a simple bicycle mileage and speed with the 1602 real time display. The hardware part using the Hall element will bike per second pulse number of incoming MCU system, and then by the single chip microcomputer system calculation processing and processing result to the 1602 display. Program design in order to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relations more concise. Make hardware tocoordinatethe operation under the software control. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, practical hardware circuit also basically can satisfy the design requirement, but due to the knowledge, in practice there are still some problems in the hardware circuit. Keywords: Mileage / speed,time, Hall element, MCU, 1602 1.设计要求： (1) 对自行车进行实时速度的测量，显示出速度值。 (2) 能够计算单次使用自行车的路程。 2 .系统总体方案设计 2.1 系统方案 该方案是以单片机为核心，通过速度传感器将所感应到的速度传送到单片机当中，通过单片机的处理计算并通过显示器将所计算的速度和里程显示出来。 2.2单片机介绍 单片机普遍认为是在一块硅片上集成了中央处理器、存储器和各种输入、输出接口，这样的一块芯片具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机。

DSP多普勒雷达测速测距

DSP 实验课大作业设计 一 实验目的 在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI ）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB 上的结果进行误差仿真。 二 实验内容 2.1 MATLAB 仿真 设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB 产生16个脉冲的LFM ，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做 2.1.1 脉压 2.1.2 相邻2脉冲做MTI ，产生15个脉冲 2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD ，输出16个多普勒通道 2.2 DSP 实现 将MATLAB 产生的信号，在visual dsp 中做脉压，MTI 、MTD ，并将结果与MATLAB 作比较。 三 实验原理 3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号 雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC ）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。 一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。 脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩 （2）非线性调频脉冲压缩 （3）相位编码脉冲压缩 （4）时间频率编码脉冲压缩 本实验采用的是线性调频脉冲压缩。 线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。 接收机输入端的回波信号是经过调制的宽脉冲，所以在接收机中应该设置一个与发射信号频率匹配的滤波器，使回波信号变成窄脉冲，同时实现了宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨能力。解决了雷达发射能量及分辨率之间的矛盾。 匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。根据匹配理论， 匹配滤波器的传输特性： 0)()(*t j e KS H ωωω-=