FPGA的车载防撞雷达系统的设计与实现
车辆防撞预警系统研究与设计
（二 〇 一 三 年 六 月本科毕业设计说明书 学校代码： 10128 学 号：题 目：车辆防撞预警系统研究摘要道路交通事故的多发造成人员财产的重大损失，与之相关的安全技术日益成为研究重点。
汽车自动防撞系统是一项基于智能交通系统的先进安全技术，对于提高道路交通的安全水平，降低交通安全事故发生率，促进智能交通系统的发展及实现具有重要意义。
本文以车辆防撞预警系统为研究对象，利用超声波不容易受到外界环境影响、精度高、范围大的特点，提出了一种基于FPGA芯片的超声波测距系统，分析了超声波测距原理和超声波需要从外界获取的参数，设计了超声波测距的硬件、软件系统，确定了实现系统功能所需的关键技术。
经实验证实，该系统具有集成度高，反应快速，测量精度高，性价比高的特点，可以完成倒车雷达等泊车辅助系统所需要的测距任务，具有一定的的应用前景和使用价值。
本文所设计的汽车自动防撞系统，对于提高车辆的主动安全性，降低交通事故发生率，减小交通事故带来的损害，保障安全行车具有重要意义。
关键词：超声波；测距；倒车雷达；汽车防撞AbstractRoad traffic accidents bring the significant loss to people and personal property. The related security technology has become a new research focus. Automobile automatic collision avoidance system is an advanced security technology based on intelligent transportation systems, which is of great significance to improve the level of road traffic safety, reduce the incidence of traffic accidents, and promote the development of intelligent transportation system and its implementation.Choosing the vehicle collision avoidance warning system as the research object, taking the advantage of the fact that the ultrasonic is not easy to be affected by external environment, the characteristics of its high precision and large range, this paper puts forward a kind of ultrasonic ranging system based on the FPGA chip, and analyzes the ultrasonic ranging principles and parameters which ultrasound needs to get from the outside world, designs the hardware and software system of the ultrasonic ranging, and determines the key technology needed for the realization of system functions. It is confirmed by experiments that the system has the features of high integration, fast response, high accuracy and cost-effective, and it can complete the needed range tasks of the parking assist system like back-draft radar, which leads to the fact that it has a certain application prospect and using value. The design of automobile automatic collision avoidance system in this paper is of great significance to improve vehicle active safety, reduce traffic accidents, decrease traffic accident damage and ensure safe driving.Keywords:Ultrasonic;Ranging;Reverse Sensor;Vehicle Collision目录引言 (1)第一章绪论 (2)1.1车辆预警防撞系统简介 (2)1.1.1车辆防撞预警系统定义 (2)1.1.2车辆防撞系统组成 (2)1.1.3当前面临的主要问题 (2)1.2车辆防撞系统设计的发展 (2)1.3国内外车载测距系统设计方案 (3)1.3.1微波雷达测距方式 (3)1.3.2毫米波雷达测距方式 (3)1.3.3超声波雷达测距方式 (3)1.3.4激光雷达测距方式 (4)1.3.5红外线雷达测距方式 (4)1.3.6基于视觉的智能防撞 (4)1.3.7车车通信测距系统 (4)1.3.8多传感器信息融合防撞系统 (5)1.4本课题研究的主要内容 (5)第二章系统硬件电路设计 (6)2.1 FPGA对于设计的必要性 (6)2.2 FPGA的结构、工作原理和选型依据 (7)2.3超声波传感器的选择和超声波测距原理 (8)2.3.1超声波传感器的选择 (8)2.3.2超声波测距原理 (10)2.4 显示器件的选择 (11)2.5 本章小结 (11)第三章系统软件设计 (12)3.1系统软件设计整体框架 (12)3.2分频模块 (12)3.3超声波回波数据处理 (13)3.3.1计数处理 (13)3.3.2 送显示屏数据的处理 (14)3.4扫描显示模块 (17)3.5 本章小结 (17)第四章系统开发与调试 (17)4.1系统开发环境QUARTUSⅡ (17)4.2 系统编程语言VHDL (18)4.3 FPGA器件配置和下载 (20)4.4 基于FPGA超声波测距系统性能分析 (20)第五章总结与展望 (22)5.1 本文的主要工作和结论 (22)5.2 展望 (22)参考文献 (24)附录 (25)致谢 (30)引言近年来我国交通事故频发，因交通事故死亡、受伤人数激增，社会影响恶劣，各方面损失巨大。
基于FPGA的雷达数字模拟目标设计与实现
基于FPGA的雷达数字模拟目标设计与实现摘要：介绍了一种基于FPGA的可配置的雷达数字模拟目标实现方法。
利用FPGA的快速并行处理能力模拟产生多个目标，目标包含幅度、角度、速度、距离等信息，形成和、差及辅助波束，验证雷达测距、测角、测速等功能，完成雷达模拟训练需求。
经过实际应用验证，方法有效。
关键字：数字模拟目标；FPGA；雷达模拟训练Design and Implementation of Radar Digital Simulation Target Based on FPGAZHANG Meng PAN hao（No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230008）Abstract: A configurable radar digital simulation target realization method based on FPGA is introduced. Using the fastparallel processing capability of FPGA to simulate and generate multiple targets, the target include amplitude, angle, velocity, distance and other information, and form sum, difference and auxiliary beams to verify radar ranging, angle measurement, speed measurement and other functions, and complete radar simulation training requirements. After practical application verification, the method is effective.Key Words : digital target ; FPAG ; radar simulation training0引言FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，也被称为“液体硬件”，是一种硬件可重构的体系结构，自1985年问世以来，凭借其性能、成本和稳定性的优势，在各个领域都有广泛的应用。
基于FPGA模型化设计的雷达信号处理的实现的开题报告
基于FPGA模型化设计的雷达信号处理的实现的开题报告一、研究背景随着雷达技术的不断发展，航空、导航、军事等领域中的雷达应用不断增加。
雷达信号处理是指对由雷达接收到的信号进行处理并提取出目标的信息的过程。
传统的雷达信号处理通常采用数字信号处理器（DSP）进行实现，但随着FPGA（Field-Programmable Gate Array）技术的发展，FPGA可编程性强、并行处理能力强，能够满足雷达信号处理实时性与复杂度的要求。
因此，本文将通过基于FPGA模型化设计的方式实现雷达信号处理的模块，以提高雷达信号处理的效率和实时性，并为雷达信号处理的研究提供一定的参考。
二、研究内容1. 雷达信号处理实现原理的研究本章将归纳总结当前常见的雷达信号处理算法，介绍基于FPGA实现雷达信号处理的原理及其优缺点。
2. 基于FPGA的雷达信号处理模块设计本章将对FPGA的可编程特性进行详细阐述，同时设计实现一个可以处理雷达信号的FPGA模块，设计过程中将包括对模块进行优化与测试。
3. 性能评估与结果分析本章将通过实验对FPGA模块进行性能评估和分析，并对模块的效率及实用性进行探讨。
三、研究意义随着雷达技术的不断发展和应用范围的不断扩大，雷达信号处理成为了一个重要的研究领域。
本文将通过利用FPGA的高可编程特性，设计出一个实时性能和精度皆可获得提升的雷达信号处理模块，为雷达信号处理研究提供一定的参考和模板，具有重要的理论和实践应用意义。
四、预期成果本文预计能够设计出一个可以在FPGA上实现雷达信号处理的模块，能够实现雷达信号的处理、数据传输、抗干扰和输出目标信息等功能。
同时，对模块进行测试和性能评估，得到满足工程实践需求的结果和理论分析。
五、研究方法本文主要采用文献调研、理论分析和实验研究等方法，通过对雷达信号处理算法和FPGA技术的理论研究，完成雷达信号处理的模块设计和实现，同时进行性能评估和结果分析。
六、研究计划安排1. 工作内容（1）学习雷达信号处理的基本算法和FPGA技术的相关知识。
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现随着汽车产业的快速发展和交通管理的不断完善，汽车安全技术也得到了很大的提升。
基于激光雷达的汽车防撞预警系统，是一种非常先进和有效的安全技术。
本文将介绍该系统的设计原理和实现方法，以及其在汽车安全领域的应用前景。
激光雷达汽车防撞预警系统是一种利用激光雷达技术来实现汽车与前方障碍物之间的距离测量和预警的系统。
其设计原理主要包括以下几个部分：1. 激光雷达传感器激光雷达传感器是系统中最关键的部分，它通过向前或向周围发射激光束，并利用激光束的反射来测量汽车与前方障碍物之间的距离和速度。
激光雷达传感器具有高精度、高速度和长测距范围等特点，是实现汽车防撞预警的关键设备。
2. 数据处理和算法激光雷达传感器采集到的数据需要经过处理和分析后才能得出有效的预警信息。
数据处理和算法部分主要包括数据滤波、目标检测、距离测量、速度计算和预警逻辑等内容，通过这些处理和算法，系统可以准确地判断汽车与前方障碍物之间的距离和速度，并及时发出预警信号。
3. 预警装置预警装置是系统中负责向驾驶员发出预警信号的部分，可以采用声音、光信号或振动等方式来提醒驾驶员前方有障碍物，并呼吁其采取措施避免碰撞。
二、激光雷达汽车防撞预警系统的实现方法1. 硬件设计硬件设计是实现激光雷达汽车防撞预警系统的基础。
激光雷达传感器的选型和布局是最关键的一环，要选择具有高精度和长测距范围的激光雷达，同时合理布置传感器的位置和角度，以确保能够准确测量汽车与前方障碍物之间的距离和速度。
预警装置的设计也需要考虑到驾驶员的感知能力和反应时间，以确保可以及时有效地提醒驾驶员。
2. 软件设计软件设计是激光雷达汽车防撞预警系统的核心。
数据处理和算法的设计是实现系统功能的关键，需要结合激光雷达的特点和实际交通场景来设计相应的算法，以确保系统可以准确地识别障碍物并及时发出预警信号。
软件设计还需要考虑系统的稳定性、实时性和可靠性等方面，以确保系统在实际道路行驶中能够正常运行。
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现激光雷达技术在汽车行业中的应用已经成为一个热门话题。
随着自动驾驶技术的发展和普及，基于激光雷达的汽车防撞预警系统也越来越受到关注。
本文将详细介绍基于激光雷达的汽车防撞预警系统的设计与实现过程。
一、激光雷达汽车防撞预警系统的原理激光雷达汽车防撞预警系统的原理是利用激光雷达传感器对车辆周围的环境进行实时监测，当激光雷达传感器探测到可能发生碰撞的危险情况时，系统可以通过声音、震动、甚至自动刹车等方式发出预警信号，提醒驾驶员及时采取避免碰撞的措施。
1. 激光雷达传感器的选择在设计激光雷达汽车防撞预警系统时，首先需要选择合适的激光雷达传感器。
传感器的选择需要考虑传感器的探测距离、角度范围、分辨率和精确度等参数，以确保系统能够准确监测车辆周围的环境并及时发出预警信号。
2. 数据处理与算法设计传感器采集到的数据需要经过处理和算法设计才能转化为实用的信息。
这一步需要对传感器采集到的数据进行滤波、识别和跟踪处理，以获取准确的车辆周围环境信息，并实时判断可能发生碰撞的危险情况。
3. 预警系统设计预警系统是激光雷达汽车防撞预警系统的核心部分。
预警系统可以通过声音、震动或者直接控制车辆的刹车系统来发出预警信号，提醒驾驶员及时采取避免碰撞的措施。
1. 硬件部分的实现激光雷达汽车防撞预警系统的硬件部分包括激光雷达传感器、数据处理模块和预警系统。
首先需要将选定的激光雷达传感器安装在汽车上，并与数据处理模块连接。
数据处理模块可以使用嵌入式系统或者单片机等硬件来实现对传感器数据的处理和算法的运行。
预警系统则可以通过声音模块、震动模块和车辆刹车系统等硬件来实现对驾驶员的预警。
软件部分是激光雷达汽车防撞预警系统的关键，它包括对传感器数据的处理算法和预警系统的控制软件。
传感器数据的处理算法需要包括数据滤波、目标识别与跟踪等功能，以确保系统能够准确地识别车辆周围的环境。
预警系统的控制软件则需要对驾驶员的预警信号进行适时、准确的控制。
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现激光雷达是一种常见的感知设备，被广泛应用于汽车防撞预警系统中。
本文将从设计和实现两个方面介绍基于激光雷达的汽车防撞预警系统。
我们需要选择合适的激光雷达作为感知设备。
常见的激光雷达有机械扫描式和固态式两种。
机械扫描式激光雷达具有大范围扫描的特点，适用于需要全方位感知的场景。
固态式激光雷达则具有高精度、高更新率等特点，适用于需要高精度测量的场景。
根据具体需求选择合适的激光雷达。
接下来，我们需要设计感知算法，将激光雷达获取的点云数据转化为具体的障碍物信息。
常见的算法包括点云滤波、聚类、障碍物跟踪等。
点云滤波可以去除噪声点，提高感知结果的准确性。
聚类算法可以将点云数据按照距离、形状等特征进行分组，得到具体的障碍物信息。
障碍物跟踪算法可以实时跟踪障碍物的位置和速度等参数，为预警系统提供准确的输入数据。
然后，我们需要设计预警策略，根据障碍物的位置、速度等参数判断是否发出预警信号。
常见的预警策略包括距离预警、速度预警等。
距离预警可以根据障碍物与车辆之间的距离判断是否发出预警信号。
速度预警可以根据障碍物的速度与车辆的速度比较，判断是否发出预警信号。
我们需要实现防撞预警系统，并进行实验验证。
在实现方面，需要将激光雷达与车辆的控制系统进行接口设计，实现数据的传输和控制的输出。
在实验验证方面，需要选取适当的测试场地和测试场景，检验系统的性能和准确性。
基于激光雷达的汽车防撞预警系统设计与实现主要包括选择合适的激光雷达、设计感知算法、设计预警策略以及实现系统并进行实验验证。
通过这些步骤，可以得到一个性能良好，准确可靠的汽车防撞预警系统。
车载雷达的系统设计与性能分析研究
车载雷达的系统设计与性能分析研究随着车辆自动驾驶技术的快速发展，车载雷达系统作为重要的感知设备在车辆安全性能中起到了至关重要的作用。
本文将对车载雷达的系统设计和性能分析进行研究，探讨其在车辆自动驾驶和智能交通系统等领域的应用。
一、车载雷达系统设计1. 雷达系统的组成部分车载雷达系统主要由发射机、接收机、天线以及信号处理单元组成。
发射机负责产生高频电磁波，并将其发送至外界；接收机接收从目标反射回来的电磁波信号；天线负责发送和接收电磁波信号；信号处理单元将接收到的信号进行处理和分析。
2. 雷达天线的选择与布局在车载雷达的系统设计中，天线是至关重要的组成部分。
天线的选择和布局将直接影响系统的性能和效果。
常见的雷达天线包括单极点天线、双极点天线和阵列天线。
根据不同的应用需求，选择适合的天线类型，并合理布置位置，以确保雷达系统能够获取准确而稳定的信息。
3. 信号处理算法信号处理算法是车载雷达系统中的重要环节。
根据不同的应用需求，可以采用不同的信号处理算法来提高雷达系统的检测和跟踪能力。
常用的几种算法包括最小二乘法、卡尔曼滤波、多普勒处理和波束形成等。
选择合适的信号处理算法，可以大大提升雷达系统的灵敏度和抗干扰能力。
二、性能分析研究1. 检测距离与分辨率车载雷达的性能指标之一是检测距离和分辨率。
检测距离指的是雷达系统能够检测到目标的最大距离，而分辨率则是指雷达系统能够识别目标的能力。
在设计过程中，需要根据实际需求平衡这两个指标，以达到最佳的系统性能。
2. 雷达系统的抗干扰能力车载雷达系统面临着各种干扰源，如电源干扰、多径效应干扰、天气干扰等。
为了保证雷达系统的正常工作，需要对这些干扰源进行分析，并采取相应的抗干扰措施。
例如，可以采用数字滤波器来抑制电源干扰，采用多普勒处理算法来抵抗多径效应干扰。
3. 雷达系统的精度与速度测量车载雷达系统在自动驾驶和智能交通系统中要求能够精确测量目标的位置和运动速度。
为了实现对目标的准确追踪，需要对雷达系统的精度和速度测量能力进行研究和分析。
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现
基于激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现
激光雷达汽车防撞预警系统是一种利用激光雷达技术来实现对前方障碍物进行监测和预警的系统。
本文将在介绍系统设计与实现的基础上，逐步详述其原理与工作流程。
对于系统的设计，激光雷达是不可或缺的一个组成部分。
激光雷达可通过发射激光束并接收反射回来的激光，从而获取周围环境的信息。
也需要对激光雷达的信号进行处理和分析，以识别出障碍物并计算其距离与速度。
还需要一个显示器或者蜂鸣器来向驾驶员发出警告。
接下来，对于系统的实现，首先需要进行激光雷达的选择和安装。
激光雷达应该具备较长的测距范围和高精度的测距分辨率，同时在车辆上安装时要保证其稳定性和可靠性。
需要对激光雷达的信号进行处理。
主要包括激光雷达数据的解析和障碍物识别算法。
激光雷达数据解析主要是将激光信号转化为数字信号，以便后续的处理。
障碍物识别算法可以通过分析激光雷达数据中的反射点，并根据其位置和强度来判断是否有障碍物存在。
随后，需要对障碍物进行距离和速度的计算。
通过对激光雷达数据进行处理，可以得到障碍物的位置信息。
利用两帧数据之间的时间差，可以计算出障碍物的速度。
将结果显示给驾驶员。
可以通过一个显示器或者蜂鸣器来向驾驶员发出警告。
当检测到前方有障碍物距离过近或者速度过快时，系统会自动向驾驶员发出警告，以提醒驾驶员注意行车安全。
总结而言，激光雷达汽车防撞预警系统的设计与实现是一个综合了激光雷达技术、信号处理、障碍物识别和报警等多个方面的系统。
通过合理地设计和实现，可以有效地提高汽车驾驶的安全性和稳定性，降低交通事故的发生率。
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时性需求 。
关键词 ： 信号处理 ， 线性调频连续波雷达 ， 车载防撞雷达 ， Ｆ Ｐ Ｇ Ａ
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ９ ５ ８ ， Ｔ Ｐ ３ ６ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｃｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ａｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ Ｒａ ｄ ａ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ ＰＧＡ
引 言
随着我 国城市化 以及高速公路 建设 的快速发
展 ，汽 车 已成 为 人 们生 活 中必 不 可少 的交 通 工具 ，
作体制 ， 主要是通过对连续波进行频率调制来获取 目 标距离 、 速度信息的雷达体制。此外 ， 它的时宽带
宽积 较 大 ， 能够 同时兼 顾 较 高 的距 离分 辨 率 和较 远 的探测 距 离 ， 对 于汽 车测 距而 言相 当实用 ［ 。
蒋留兵 ， 沈翰宁 ， 林和昀， 柴林峰 ， 黄 韬
（ 桂林电子科技大学信息与通信学院， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ）
摘 要： 根据毫米波汽车防撞雷达 的研究现状 ， 讨论 了一种基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ为实现核心的总体设计方 案 ， 并详细分析
该 系统 硬件结构和软件流程 ， 对处理算法在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ上 的实现提 出相应 的优化方法 ， 能有效地提高运算效率的同时降 低硬件成本 。实验结果表明 ： 该方案对前方 车辆相关信息探测迅速准确 ， 运行稳定可靠 ， 能够满足汽车防撞雷达 的实
Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｌ ｉ ｕ － ｂ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ＨＥ Ｎ Ｈａ ｎ － ｎ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｎ Ｈｅ － ｙ ｕ ｎ， Ｃ ＨＡ Ｉ Ｌ ｉ ｎ － ｆ ｅ ｎ ｇ， ＨＵＡＮＧ Ｔ ａ ｏ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｎ ｇ ， Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ ５ ４ １ ０ ４， ０ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｖ０ Ｌ ３ ８ ． Ｎｏ ． ８ Ａ ｕ ｇ ， ２ ０ １ ３
火力与指挥控制
第３ ８ 卷
第 ８期
２ ０ １ ３年 ８月
文章 编 号 ： １ ０ ０ ２ — ０ ６ ４ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ０ ０ ９ ３ － ０ ４
Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的车载防撞雷达系统的设计与实现