基于DSP的数字车流量检测雷达关键技术研究.doc

摘 要随着智能交通系统在城市交通建设中的迅速发展，系统中的各个环节发生着越来越紧密的联系，所采用的技术也在不断更新，向着更准更快更兼容的方向进一步的拓展。作为智能交通系统中不可或缺的一环-车流量检测系统，也经历了由最初的单一的接触式测量方式到互相辅助的混合型非接触测量方式转化等一系列的变化。作为一种典型的非接触式测量器，微波车流量检测雷达具有优良的特性，使用方式简便，其应用前景十分广阔。 本文以调频连续波体制下的雷达工作原理以及微波车流量检测雷达各项功能的应用为背景，以第一代微波车流量检测雷达功能框架为基础，通过对数字雷达技术的硬件和软件的多角度深入研究设计和改进，实现一个准确度高，功能多样化，可扩展可持续发展的全天候产业化流量检测系统，并解决各种从科研产品过渡到工业产品时所面临的问题，为系统产业化打下良好基础，满足其嵌入更广大的智能交通系统所需要的各种要求。本文首先介绍了雷达的工作原理，并对不同的雷达工作体制的原理以及应用作了简单的介绍。详细介绍了如何根据实际系统的要求提出车流量检测雷达系统的性能技术参数化要求以及该检测系统的实际工作体制和工作频段等各项指标。为了使整个车流量检测系统使用更加方便，符合小型化的要求，大量数字化技术的运用仍是十分理想的选择。但是在基于ARM的第一代车流量检测雷达中1，其信号处理部分比较繁琐，采用了ARM，DSP，FPGA等多种器件，数字板体积大，不利于与雷达前端结合，没有充分利用器件的功能。本文针对系统的实际要求，基于DSP芯片实现雷达信号处理部分所需的全部功能，详细介绍了DSP芯片的使用开发方案，提出了硬件及其驱动软件的设计方法。另一方面，车流量检测系统的信号处理算法部分的设计也是保证系统精确度的重要因素。本文首先介绍了系统的原始算法结构，然后将整个算法分割为若干模块，针对这些不同模块提出了各种算法改进方案。首先提出了提高信号采集模块性能的若干算法改进，比如如何优化选择系统的采样频率以及归一化频谱变换在DSP中的必要性和应用方法；接下来基于现有的目标判定模块提出多次判定检测法，以便在系统零信号出现时，最大程度保证系统检测概率的准确度。最后阐述了一种能有效提高雷达测量精度的背景功率谱识别方法，提出并实现了该算法在DSP中运行的方案，详细论述它是如何有效的提高了系统的检测精度。此方法已经在车流量检测雷达中得到了应用，实验效果明显。在大量的实地外场实验和各种可靠性测试后得到了很多有效的实验数据。实验结果较好的证明了该系统的可行性和优良性，同时通过对数据的分析和评测，也发现了系统的一些问题，综合实验数据和测试过程中遇到的各种问题，本文首先提出了基于现有芯片的几个改进方案，使用不需要CPU干涉的DMA方式产生雷达调治信号以及利用不同的实时时钟中断方式来满足系统信息传输模块的需求，另外还介绍了一种标准的Modbus 通信协议来提高串口传输数据的稳定性和准确性。然后从更换更有效的DSP芯片TMS320VC5502的角度出发，将两款芯片进行了性能上的对比以及相应的驱动更改方案，针对在新芯片的各项功能在重构该系统提出了驱动设计的主体框架结构。关键字：车流量检测雷达，数字雷达技术，多次判定检测法，背景功率谱识别Digital Radar Technique Research of Vehicle-Flux Detecting Radar Based on DSPZheng Chun（Microelectronics and Solid Electronics）Directed by: Yu WenAbstractWith the development of Intelligent Transportation Systems(ITS) in the construction of city transportation, each part of the systems interacts with each other much more closely than ever before. Meanwhile, the technologies applied in ITS have changed greatly, which are faster, more precise and compatible. The vehicle-flux detecting system, which is the key knot of the whole ITS chain, has been improved as well. The vehicle volume detector has been changed from the single touched loop to mixed untouched methods. As one typical kind of non-touch detecting instrument, microwave vehicle-flux detecting radar is of many excellent characteristics and has been widely used.Based on the detecting principles and the various applications of the first generation microwave vehicle-flux detecting FMCW radar1, this paper aims at the thorough research，design and improvement of the hardware and software of digital radar technologies. Furthermore, to lay solid foundations for the industrialization of the radar sets and satisfy sorts of needs when embedded into broader ITS, this paper designs and implemented an all-day flux-detecting system with high accuracy, multiple functions and continuous development. Also many kinds of practical problems met in the industrialization have been solved in this paper.In the beginning, how the radar practically works is described in detail and different radar mechanisms and their applications are discussed. According to the requirements of the application environment of the system, how to fix the specific parameters and functions, such as the mechanism and the working frequency, are specifically introduced.In order to minimize the detecting radar system and make it more convenient in use,69Abstracta lot of digital techniques are needed. As to the first generation of this radar system which is based on ARM, DSP and FPGA, we can see that it is very complicated and too big to be integrated with the front of radar. Whats more, most of the chips are not fully utilized. In this paper, based on DSP chips, a new system to implement all the required and additional functions are designed. The developing scheme of the DSP chip is discussed and the architectures of the hardware and software are proposed.On the other side, the designs of the arithmetic of the system are also essential which can guarantee the detecting accuracy. In chapter four, the original arithmetic structure is divided into several smaller modules. As to each module, the improving methods are presented and proved by reasoning and calculating. In the signal sampling module, the optimization of the sampling frequency is realized and the normalized frequency transition is implemented in DSP. Additionally, in the target-judgment module，multi-judgment detecting method is successfully applied so as to get rid of the consequences of zero signal and make the judgment of target cars more precise. Finally, a recognizing method of background power spectrum is introduced as well as the reason why it significantly improves the detecting accuracy. Also it has been transplanted into DSP and proved effective through a large amount of experiments.The results of field experiments and reliability tests indicate that this microwave vehicle-flux detecting radar is efficient and has good performances. In the meanwhile, through the analysis and test of the experimental datas, some disadvantages have been found. Therefore, several plans based on the existed chips to improve this system are discussed such as the generation of moduling signals by DMA, the application of RTC interrupt and the Modbus protocols in the communication module. In the end, the system is reconstructed based on TMS320VC5502, for its advantages that cant be derived in TMS320VC5416.Key words: vehicle-flux detecting radar, digital radar technique， Multi-judgment detecting method, recognizing method of background power spectrum基于DSP的数字车流量检测雷达关键技术研究目 录摘 要IABSTRACTIII目 录I第1章 绪 论11.1智能交通系统概述11.2车流量检测系统的研究现状和性能比较11.2.1车流量检测器的常用类型21.2.2微波车流量检测器的优良特性31.3数字技术在雷达系统中的应用31.4本文主要内容简介4第2章 车流量检测雷达系统总体设计62.1车流量检测雷达的基本工作原理62.1.1车流量检测雷达工作频段及体制62.1.2车流量检测雷达工作原理72.1.3车流量检测雷达的功能82.2基于DSP的车流量检测雷达系统设计方案92.2.1系统硬件设计方案92.2.2系统软件设计方案112.3本章小结12第3章 车流量检测雷达数字信号处理系统的电路功能实现143.1数字信号处理系统总体结构设计143.1.1DSP核心处理器介绍及设计143.1.2系统总体结构设计153.2采样模块设计173.2.1采样电路设计173.2.2采样驱动软件设计183.3雷达调制信号产生模块的设计213.3.1调频三角波产生电路的设计213.3.2调频三角波驱动软件设计223.4通信模块设计263.4.1双通道串口电路设计263.4.2双通道串口通信驱动软件设计303.5外扩存储模块设计333.5.1程序存储模块333.5.2数据存储模块363.6本章小结37第4章 车流量检测雷达数字信号处理系统算法改进与实现384.1车流量检测算法中的目标信息提取和分析方法394.2提高信号采集模块性能的若干算法改进414.3提高目标判定模块性能的多次判定检测法474.4提高车流量检测系统回波信噪比的方法504.5本章小结52第5章 车流量检测雷达外场实验测试结果及系统改进方案545.1外场实验测试结果545.2系统改进方案585.2.1系统功能优化及扩展585.2.2基于TMS320VC5502的系统改进方案645.3本章小结66第6章 总结和展望676.1总结676.2展望68参考文献69攻读硕士学位期间发表的论文72作者简介74基于DSP的数字车流量检测雷达关键技术研究第1章 绪 论1.1 智能交通系统概述当今世界各国的大城市均存在着严重的交通拥挤问题，为了解决有限的区域资源和特定经济制约带来的交通网运输能力下降等一系列问题，智能交通系统应运而生。智能交通系统（Intelligent Transportation Systems）是一种基于无线或者有线电子信息技术的新型现代交通系统，它的涵盖范围及其广泛，包括信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等各个领域的先进技术2。当前ITS的服务领域有：先进的交通管理系统，先进的出行者信息系统，先进的公共交通系统，先进的车辆控制系统，营运车辆调度管理系统，电子收费系统，应急管理系统等3。世界范围内，美国、西欧和日本等发达国家为了解决共同所面临的交通问题，竞相投入大量资金和人力，开始大规模地进行道路交通运输智能化的研究试验。欧洲在ITS应用方面的进展，介于日本和美国之间，其开发先进的旅行信息系（ATIS），先进的车辆控制系统（AVCS），先进的商业车辆运行系统（ACVO），先进的电子收费系统方面等等都具有十分诱人的前景4。除此之外，新兴的工业国家和发展中国家也开始ITS的全面开发和研究，如韩国由建设交通部牵头制定了全面的ITS框架结构和发展计划，新加坡已经在全国开始推行不停车电子收费。目前，中国在许多领域开展了智能化交通的开发和试验，但是这些试验多数是在单独领域或某一个具体技术或某一具体应用上进行。未来的目标是将重点整合现有资源，推进综合交通智能系统的建设。国家"十五"科技攻关项目"智能交通系统关键技术开发和示范工程"重大专项，促进了中国智能交通系统从技术研究到工程示范应用在全国开展。中国智能交通年会从2005年起已经连续举行了三届，目前各地专家的关注点都集中于即将到来的2008年奥运会、2010年世博会和亚运会，届时北京、上海、广州三个特大型城市面临着应对巨大的客流、车流所造成的交通压力，使用智能交通系统无疑是这些关键问题的高效解决途径5。1.2 车流量检测系统的研究现状和性能比较先进的交通管理系统ATMS(Advanced Traffic Management system)中的交通控制即是现今城市交通的重要的手段 。ATMS用于监测控制和管理公路交通，在道路、车辆和驾驶员之间提供通信联系。依靠先进的交通监测技术和计算处理技术，获得有关交通状况的信息，并进行处理，及时的向道路使用者发出诱导信号，从而达到有效管理交通的目的。车流量检测系统是交通管理系统中的重要一环，下面对目前的各种车流量检测器作一个简要介绍并对它们的性能进行对比，从比较中得出微波车流量检测器的优良性能。1.2.1 车流量检测器的常用类型根据安装方式，车流量检测器大致分为埋设式和非接触式。其中埋设式包括环线线圈式，压电管式，压力管式，地磁式，磁力式等方式；非接触式则主要包括视频检测和波频检测等方式69。下表1.1是各项技术的性能比较。表1.1 各种检测技术的性能比较车流量探测方式主要优点主要缺点环形线圈探测1 价格低廉2 准确度高1安装维护不方便且费用高 2 易损坏压电式与压力管式探测1能精准区分车辆2成本低1易使路面受损，铺设对路面要求高，维修复杂2压电式对路面温度和车速敏感磁力式探测被动磁力式1可检测体积较小的目标车辆2 可识别车型3不需要破坏铺面，可装设在桥梁等地方被动磁力式在车速低于8Km/h时无法检测，不适合于低速区域主动磁力式视频探测1直观可靠，检测范围广2 安装和维护方便，1 受天气等环境因素影响大2 容易漏掉被遮挡的目标车辆波频探测超声波1 全天候，受天气影响小2 可检测静止目标车辆3 侧向正向安装均可，实现不同的测量目标1 无法区分车型2 安装比较麻烦红外线微 波1.2.2 微波车流量检测器的优良特性目前交通流检测设备已经逐步由原来的埋设型转向了非埋设型，由单一型向混合型发展，使交通控制系统向大范围、全方位、智能化和实时控制方向迅速发展。 经过以上比较，采用微波雷达检测器作为探测和采集路面车辆信息的手段是合理且必要的。这是因为在所有波频检测手段中，微波车流量检测雷达具有其独特的优点1012：1 频带极宽，如在35、94、140和220四个主要大气窗口中可利用的带宽分别为16、23、26和70，均接近或大于整个厘米波频段的宽度，适用于各种宽度信号处理。2 可以在小的天线孔径下得到窄波束，波束成型好。 3 受地面杂波和多径效应影响小。并且微波散射特性对目标形状的细节敏感，因而可提高多目标分辨力。4 与激光和红外相比，虽然没有它们的分辨力高，但是微波具有穿透烟、灰尘和雾的能力，可全天候工作。为了满足智能交通系统信息流通量的需求，雷达探测器同时还要对数据进行处理分析并将系统所需要的数据进行长距离或短距离的各种形式的传输。无论是从实现车辆的有序监控，保证道路交通的通畅还是进一步实现交通管理智能化，雷达的作用距离以及雷达全天候工作的特点都使之成为ITS获取路况交通信息的一个重要的工具。1.3 数字技术在雷达系统中的应用八九十年代以来，随着超高速集成电路(VHSIC)和超大规模集成电路(VLSI)的迅速发展，数字技术产品不断更新，朝着集成系统发展。出现了运算速度高达几十MIPS和MFLOPS的性能优越的数字信号处理器(DSP),大容量动态随机存储器(DRAM)以及具有门阵列结合的用户现场可编程逻辑器件(PLD)等等数字系统（雷达数字技术的微电子化）。这使得数字技术得以应用于雷达数字信号处理的各个分支中。 主要有以下几方面的实际应用1314：1 雷达信号的产生：数字频率合成技术是用逻辑电路和数字计算机将数字信号变为模拟信号，具有体积小、低功耗以及频率快速变化时有很好的频率分辨力等优点。所以采用数字频率合成技术可以产生复杂的调制波形或编码信号。脉冲雷达中也广泛采用数字脉冲压缩器产生雷达脉冲信号。 2 雷达信号的辐射：在雷达信号辐射方面，相控阵天线，孔径综合天线或信息处理天线都是数字技术与天线技术完好结合的产物。3 雷达的数字化控制：采用CPLD，FPGA等数字器件可以做各种时序控制电路，做单元收发器件的控制单元等等。4 雷达数据的数字化处理：雷达可收到的信号中，除了有用的目标回波信号外，总是混有噪声，杂波和干扰，需要对其过滤以获得最佳的信噪比。此时用数字技术来进行处理无论是可靠性还是灵活性上都优于模拟技术。例如具有强的抑制杂波信号能力和良好的小信号检测功能的可编程动目标检测系统(MTD),其核心就是覆盖整个多普勒频率的窄带滤波器，硬件上用FIR滤波器组和FFT处理两种，通常一片DSP芯片就可实现。由此可见数字处理技术是近年来雷达技术发展最为活跃的因素之一，新一代的数字处理系统也具有高数据吞吐量，大动态范围，灵活编成性能，体积小，重量轻，可靠性高等更多特点，是未来雷达进一步向小型化，多功能化发展的重要基础。1.4 本文主要内容简介本文主要围绕微波波段的车流量检测系统这个项目展开的。主要涉及到检测系统后端数字信号处理的软硬件设计以及系统指标分配和实现，研究了一些数字技术在该系统中的具体应用方法，得到了一些宝贵的实验数据和由此产生的重要结论。全文主要内容如下：第一章对智能交通系统的国内外发展情况作了简要的介绍，分析对比了不同的车流量检测技术，提出了使用微波雷达作为车流量检测器的合理性和优越性，并且对数字技术在雷达中的应用作了扼要的阐述，说明了本文的选题背景及主要研究内容。第二章从车流量检测雷达的基本原理和工作体制出发，详细介绍了第一代车流量检测雷达系统中已经确定的需要实现的功能和确定系统的工作频段和体制的依据，在此基础上给出了新的数字信号处理模块的硬件驱动和软件算法的设计实现方案，在新的产品中需要一一实现并获得更优良的性能。第三章主要围绕车流量检测雷达系统数字硬件电路的设计进行探讨，从过去的三个处理器并行处理数字信号处理模块的各项任务转为由单一的DSP芯片实现对整个模块的控制和信息处理，从系统的信号产生，部件控制以及信号的检测处理等方面对基于DSP的数字电路的硬件驱动进行了设计，以实现电路各部分功能。第四章在DSP核心处理器中首先实现了原有的车流量检测算法，并且针对实际测试中出现过的各种问题对原先的算法进行改进，其中包括如何有效检测车辆的方法，采样精度的提高方法，去除环境噪声的算法及相应的数据存储空间的重新分配。第五章给出了外场测试结果和分析，并对系统的进一步改进提出了几方面的方案，包括调制信号的产生的设计，使其不受CPU干涉，信息传输的定时定量控制以及通信协议的改进等等。另外还基于TMS320VC5502提出了系统重构的硬件驱动方案，可以克服TMS320VC5416带来的一些影响系统性能的缺点，节省成本，降低系统面积，为进一步扩展和升级该系统奠定良好基础。第六章对全文工作进行了总结，指出有待进一步研究的问题。第2章 车流量检测雷达系统总体设计2.1 车流量检测雷达的基本工作原理2.1.1 车流量检测雷达工作频段及体制根据本文1.2节所述的微波测量的各种优点，在第一代车流量检测雷达的研制时就已经确定了其工作频段和体制，即该系列的检测雷达均采用微波波段以及连续波调频的工作体制。微波雷达频率的选择时主要考虑了两个方面的问题15：一是选定频率的干扰性，要考虑所选波段尽量少受其它通讯系统的影响，且由于用于交通系统的微波雷达探测距离要比通讯系统短的多，可以利用那些微波衰减频带的频率；二是天线的尺寸问题，频率越高，天线尺寸越小，目标的雷达截面积增大，反射效果增强，雷达体积减小，工作性能有所提高。目前在我国对于通信和无线设备的频谱分配和管理，只规定到10GHz左右，为了避开大多数军用毫米波系统的35GHz工作频段，将雷达工作频率定为24GHz16，并按该频率选择与之相匹配的天线系统。在选取了工作频段后，工作体制的确定尤为关键。雷达工作体制很多，主要有脉冲体制、单载频连续波、二进制频率键控（FSK）体制、调频连续波（FMCW）体制以及二进制频率键控与线性调频相结合的体制（Combined FSK-LFMCW）17,18等，考虑到车流量检测雷达关键是检测出车辆的存在并进行车道识别统计，车辆存在可以通过车辆经过雷达检测区域时车辆回波的强度来实现的，而不同的车道回波强度是不同的，所以还是以测距为基础来进行检测，因而在第一代车流量检测雷达确定选取调频连续波体制。调频连续波雷达的特点如下10：1. 能够测量很近的距离，一般可测到数米，而且有较高的测量精度。2. 雷达线路简单，可以通过设计实现体积小、重量轻，在飞机高度表及微波引信等各种场合下广泛应用。调频连续波体制雷达要求严格的线性调频，目前工程实现时已经找到比较好的线性度校正方法，另外对于发射机的泄漏问题也可以采用双天线或自适应抵消方法。2.1.2 车流量检测雷达工作原理由于采取的是调频连续波体制，其工作原理即是基于调频连续波的测距原理。调频连续波雷达系统的发射机产生连续高频调频波，并接收目标的反射信号19。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。一般调制信号为三角波信号或正弦波，为了方便计算和降低系统复杂度，采用三角波调制信号。在无线电波传播至目标车辆并通过反射返回天线的一段时间Dt内，发射机前一时刻发射的频率与回波频率相比已经有了一个变化，在混频器输出端出现了差频电压即为混频输出的中频信号频率IF。发射信号与接收信号的频率变化如图2.1（a）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Dt，Dt与目标距离R的关系可表示为（2.1）图2.1 FMCW雷达测距原理DF第 I 条 TDtIFft发射信号反射信号（a）IFt0（b）T式中c为光速。如图2.1（b）。根据相似三角形关系，由图2.1（a）可以得出 （2.2）其中T为调制三角波周期，DF为调频带宽。由（2.1）、（2.2）式可得目标距离R为（2.3）从上式可以看出目标距离与雷达前端输出的中频频率成正比。当雷达使用侧向安装，比如被安装在马路边的竖杆上，向下往各车道发射一定频率的电磁波并接收各车道上车辆反射回来的电磁波。发射的微波束方向上有一定的发射角和方位角，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，能同时照射到路面上多个个车道。各车道上车辆和雷达之间距离不同，2.3式中的中频信号IF也有所不同，雷达通过对这些中频信号进行频谱分析，判断各车道对应频率分量的强弱，从而知道各车道有没有车存在，在此基础上进一步进行车流量信息统计以及其它相关工作。2.1.3 车流量检测雷达的功能第一代车流量检测雷达中已经对系统所需要实现的主要功能作了深入研究和探讨。具体内容如下：车流量检测雷达主要功能是为整个智能交通系统提供当前或者一段时间内的道路交通情况。衡量这一情况的各种技术参数根据交通部的标准定义如下：车流量是交通量的俗称，交通量是指在一定的时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数，对有N个车道的路面，雷达系统具有N个车流量信息，每个信息对应一个车道。长车数量由于车流是各种机动车和非机动车组成，直接将统计的车辆数相加，得到的是混合交通量，无法进行比较。通常选取占交通量比例最大的车型作为标准车型，其他车辆根据标准车型进行换算，在城市应用范围内多采用小汽车为标准车型，换算系数大于的车辆数即为长车数量。如果直接按车长规定，也可直接分为长车数量，中车数量以及短车数量。平均车速多指时间平均车速，在单位时间内通过道路某断面所有车辆点车速的算术平均值，在这里侧向安装与正向安装有所不同，侧向安装测试的是平均车速，而正向安装测试的是每一辆车的准确速度。车道占有率车道占有率是密度参数的分布特性，其值越高，车流密度越大。时间占有率和空间占有率通称为车道占有率，一般主要计算时间占有率即计算在某一测定时间段内测量通过某一断面的累计时间占测定时间之比；空间占有率是指观测路段中行驶的车辆总长度占该路段长度的百分比。以上这些功能将会在基于DSP的新的数字信号处理模块中一一实现，并且将获得更多更详细的反映路况的参数，比如短车的数量以及长，中，短车各自的占有率等等都能在新的处理模块中获得，另外整个系统应该在统计时间开始时所有参数全部清零，然后系统开始运行并对这些参数定时进行计算，并在规定时间到达后进行相应的操作，比如传输数据，存储数据等，待下一次系统重启后恢复初始值。2.2 基于DSP的车流量检测雷达系统设计方案2.2.1 系统硬件设计方案在车流量检测雷达系统中，硬件主要由三大部分组成: 前端天线射频单元、中频信号处理单元、信号综合处理单元。其中信号综合处理单元包括了调制信号产生单元，实时信号处理单元以及控制信号单元。系统原理框图如下图2.2所示：调制信号收发天线低噪放混频器中频信号处理单元压控振荡器处理器采样单元存储单元通信单元前端天线射频单元信号综合处理单元图2.2系统原理框图在同系列的第一代雷达中信号综合处理单元是由三部分组成的，包括调制三角波单元、DSP实时信号处理单元、ARM控制单元。主处理器ARM可以实时通过远程通信单元和交通监控中心进行通信，对系统初始参数进行设置。 DSP处理器主要完成雷达信号的杂波滤除、FFT、车辆检测，进行路面交通信息的实时采集。雷达调制波形基于直接数字合成（DDS）原理采用数字化办法产生。现在主要针对这个信号综合处理单元进行改进和设计。 新一代的基于DSP的信号综合处理单元的硬件主框图如图2.3所示。模拟I2C总线调频三角波信号TMS320VC5416A/D芯片电源数据存储器程序存储器D/A芯片放大电路雷达前端时钟芯片外扩多路串口芯片复位电路通信接口1通信接口2DSP综合处理单元图2.3 基于DSP的综合处理单元的硬件主框图丛上图可以看到，和过去的系统相比，新的数字信号综合处理单元中芯片数量大大减少，数字板体积明显减小，成本得到进一步降低。这主要是得益于充分利用现有的DSP芯片的各个功能，取代了原来ARM+DSP+FPGA的处理方案，仅采用一片DSP芯片即可实现原先电路的所有功能，并且在此基础上实现了多项功能扩展。和第一代雷达的数字信号处理功能相比，增加了以下的一些主要功能：² 数据既可以存储于电脑中也可以存储于外部Flash中。² 系统的接口更加多元化，既支持RS232接口，也支持RS485接口。² 三角波的产生不再使用FPGA，而是直接由DSP芯片控制，其幅度，频率可方便调整。² 体积缩小至原来的1/5，成本大大降低，可更好满足与外界系统的集成。根据以上框图，可以看到该DSP综合处理单元的工作过程十分简单直观，也便于设计和重构。上电后首先是DSP从外部的两块功能不同的FLASH中分别获取出厂雷达参数设置和主程序块，经过一系列的初始化后，由DSP的多通道带缓冲串行接口发出信号，经过D/A模块产生前端所需要的调频三角波，作用于压控振荡器，雷达天线便可以发出一定频率的调频连续波，照到目标车辆。通过目标车辆的散射，部分的回波信号被天线采集到，通过混频后得到中频信号。该中频信号是微弱的，这时就需要中频信号处理单元对其进行滤波，放大以及电平调理，以送入数字信号处理单元中的采样模块，并在CPU中进行杂波滤除，FFT，功率谱估计，目标提取和识别等一系列的运算。DSP内部的定时器也可以对时间边界进行控制，在规定时间内可以同时对这些数据进行存储或传输等各种任务。时钟芯片提供标准RTC时间；所有的复位信号统一接到系统复位上，在硬件上支持上电复位和手动强制复位；电源根据不同的芯片要求及电路要求分别供以不同电压。其各部分具体的功能实现和驱动程序设计将在第三章详细描述。2.2.2 系统软件设计方案系统的软件设计包括驱动程序设计以及算法的嵌入设计，首先必须安排好整个系统运行的框架和各个子任务的响应方式，然后在此基础上嵌入核心算法，并适时调用已完成的驱动程序。信号处理系统的软件设计方案如下：上电复位后，DSP芯片的程序指针自动指到一个固定的入口地址，并从程序FLASH中将可执行代码的首地址搬移到这个入口，并在DSP内部的RAM中运行20。然后进行一系列核心处理器和其它各部分器件的初始化设置，从外部数据FLASH中读出所有的技术参数的出厂值，比如雷达编号，各车道门限，三角波的参数值等等，如果读出的值是正确的，表明数据FLASH工作正常，则能继续往下运行。系统需要用到的中断打开。在该系统的各部分都能正常运行且合理安排响应次序后，将获取车流量，平均车速，车道占有率，长车数量等技术参数的算法嵌入其中，并依靠DSP芯片的片内定时器的设置来确定检测周期和统计周期时间的长短。同时在周期末尾对串口缓冲区进行检查，判断是否得到外部的有效指令，若获取指令则转而进入相应的系统任务。在此过程中如果出现任何中断，则根据DSP内部中断优先级的设定21，直接转入中断服务子程序执行后返回。检测系统软件工作流程图如图2.4所示。DSP上电自举DSP初始化DAC，ADC，UART初始化获取出厂参数开中断程序运行标志位为1N中断服务子程序1Y中断Y车流量相关计算N串口缓冲区接收到正确命令中断服务子程序NY中断返回处理命令对应的相应的系统任务