专利名称：带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及毫米波汽车防撞雷达装置，尤其是涉及一种带有数字化温度补偿的 60GHz毫米波汽车防撞雷达装置。
背景技术：
随着汽车工业的发展，汽车安全性能受到厂商和消费者越来越多的重视。关系汽 车安全性能的一个重要技术是汽车防撞雷达技术。与超声波、红外线、激光等汽车防撞雷达 技术相比，毫米波汽车防撞雷达具有带宽大、分辨率高、天线部件尺寸小、能适应恶劣环境， 重量轻、体积小以及全天候等特点，同时不仅可以测量目标的距离，还可以测量目标的相对 速度，具有较好的稳定性和适应性。 80年代以来，国外许多公司和研究机构都投入到毫米波车辆防撞雷达技术研究 的热潮中，而国内相对起步较晚。现在开展毫米波汽车防撞雷达系统研究比较成熟的公 司主要集中在美国、日本和欧洲，频段主要集中在24GHz、60GHz、77GHz。国内由于受到器 件、成本及技术等方面因素的影响，目前工作主要集中在24GHz、35GHz频段，如中国科学 院上海微系统所研制出的35GHz毫米波雷达。由于60GHz，77GHz频段的毫米波雷达具有 更好的性能，国外目前多采用该频率。但是，随着频率的升高、带宽的增加，压控振荡器 (voltage-controlled oscillator,以下简称为VC0)随温度、电压的非线性特性越强烈，对 系统性能的影响越大。

发明内容
为了克服频率升高、带宽增加后VC0非理想特性对系统性能的影响，本发明的目 的在于提供一种带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置。
本发明采用的技术方案是 包括由发射天线以及接收天线构成的天线，由耦合器、压控振荡器以及混频器构
成的射频前端，三角波发生器，中频放大电路，信号处理电路，显示报警电路，压控振荡器温
度检测电路和电源模块组成；压控振荡器温度检测电路将从压控振荡器上检测到的温度经
带有数字化温度补偿的三角波发生器接压控振荡器的输入端，压控振荡器的输出端接耦合
器的输入端，耦合器的一路输出端接发射天线，耦合器的另一路输出端接混频器的一个输
入端，接收天线接入混频器的另外一个输入端，混频器输出端接中频放大电路的输入端，中
频放大电路的输出端经信号处理电路接显示报警电路，电源模块给装置供电。 所述的中频放大电路包括由低噪声放大器和高通滤波器组成的线性网络，包括
由第一级增益可调放大器、第二级增益可调放大器和增益控制电路组成自动增益控制放大
电路；把混频器的输出信号输入线性网络，再经过自动增益控制放大电路进行放大，以获得
幅度稳定的中频信号输出到信号处理电路。 所述的信号处理电路以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片 XC2VP70为核心，分别与外围电路的模数转换电路，串行通信电路，10M/100M以太网通信电路，存储电路，SystemACE配置电路，JTAG接口电路连接。 所述的电源模块其正电压输入为IOV至18V宽电压输入，负电压输入为-10V 至-18V宽电压输入，输出提供+15V， -15V， +12V， -12V， +8V， +5V， +3. 3V， +2. 5V， +1. 8V， +1. 2V
的不同等级的电压。 本发明与背景技术相比，具有的有益效果是 相比于24GHz、35GHz汽车防撞雷达，本发明提供的60GHz汽车防撞雷达由于具有 更高的载波频率，射频带宽更大，距离分辨率更高，可以通过计算多普勒频移可以得到探测 目标的距离和相对速度，对运动物体和静止物体都具有很好的检测性能。同时，由于使用了 数字化温度补偿技术，可以有效的克服毫米波频率下VCO非理想特性对系统性能的影响。


图1是本发明的结构原理框图。
图2是图1的中频放大电路原理框图。
图3是图1的信号处理电路原理框图。
图4是VCO电调特性曲线。
图5是图4的预失真曲线。 图中，1、天线，2、射频前端，3、三角波发生器，4、中频放大电路，5、信号处理电路， 6、显示报警电路，7、压控振荡器温度检测电路，8、电源模块，11、发射天线，12、接收天线， 21、耦合器，22、压控振荡器，23、混频器，41、中频输入，42、线性网络，421、低噪声放大器， 422、高通滤波器，43、自动增益控制放大电路，431、第一级增益可调放大器，432、第二级增 益可调放大器，433、增益控制电路，44、中频输出，51、模数转换电路，52、存储电路，53、 JTAG 接口电路，54、 SystemACE配置电路，55、以太网通信电路，56、串口通信电路，57、 FPGA电路。
具体实施例方式
本发明的带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置，其总体原理框 图如图1所示。包括由发射天线11以及接收天线12构成的天线1，由耦合器21、VC022以 及混频器23构成的射频前端2，三角波发生器3，中频放大电路4，信号处理电路5，显示报 警电路6， VCO温度检测电路7和电源模块8 ;VCO温度检测电路7将从VC022上检测到的温 度经带有数字化温度补偿的三角波发生器3接VC022的输入端，VC022的输出端接耦合器 21的输入端，耦合器21的一路输出端接发射天线ll，耦合器21的另一路输出端接混频器 23的一个输入端，接收天线12接入混频器23的另外一个输入端，混频器23输出端接中频 放大电路4的输入端，中频放大电路4的输出端经信号处理电路5接显示报警电路6，电源 模块8给装置供电。 VCO温度检测电路测量VCO的实时温度，三角波发生器根据获得的VCO温度和内置 查找表，使用线性插值算法产生带有数字化温度补偿的预失真三角波，输入到VCO中，产生 频率随时间按三角波规律线性变化的调频信号，该信号通过耦合器后从耦合器支线输出的 信号用于混频器的本振输入，从耦合器主线输出的信号送到发射天线发射出去，遇到目标 后反射回来的信号经接收天线接收，与耦合器支路信号一起由混频器混频，得到的中频信 号经中频放大电路放大滤波后送入信号处理电路得到目标的距离和速度信息，按照一定规则进行判断，由显示报警电路进行相应的声光显示报警。 图1中三角波发生器使用Xilinx公司的FPGA芯片XC3S100作为处理芯片，使用 Analog的数模转换芯片AD5445将XC3S100输出的数字信号转化为模拟信号获得所需的三 角波。使用XC3S100配合数模转换芯片产生三角波，使得三角波的产生可以根据VCO的频 率_电压非线性特性曲线以及VCO频率对温度漂移影响的数据进行控制，获得具有数字化 温度补偿的预失真三角波，产生频率随时间线性变化的调频信号，提高系统线性度和雷达 整机性能。 图1中VCO温度检测电路使用DALLAS公司的一线式数字温度传感器DS18B20, 具有3引脚T0-92小体积封装形式，温度测量范围为-55°〇 +1251:，可编程为9位 12位A/D转换精度，测温分辨率可达0. 0625°C。 VCO温度检测模块的数据读取由Xilinx FPGAXC3S100实现。 图1中60GHz射频前端由VCO、耦合器、混频器组成，其中VCO采用Quinstar公司 的QTV-0G170V，中心频率60GHz，输出功率大于85mW，带宽900MHz ;耦合器采用上海亚联微 波有限公司的10dB定向耦合器DCG-15-10C ;混频器采用Quinstar公司的QMB-OGOGMB，射 频频率范围58-62GHz，中心频率60GHz，中频输出范围0_5GHz，典型混频损耗小于6dB。
图1中的发射天线和接收天线采用上海亚联微波有限公司的喇叭口天线GH-15和 GH-15-2，增益分别为25dB和20dB。 图1中的中频放大电路结构如图2所示，中频放大电路4:包括由低噪声放大器 421和高通滤波器422组成的线性网络，包括由第一级增益可调放大器431、第二级增益可 调放大器432和增益控制电路433组成自动增益控制放大电路；把混频器23的输出信号输 入线性网络42，再经过自动增益控制放大电路43进行放大，以获得幅度稳定的中频信号输 出到信号处理电路5。 中频放大电路由线性网络和自动增益控制放大电路两部分组成，首先把混频器23 的输出信号输入线性网络42，再经过自动增益控制放大电路43进行放大，以获得幅度稳定 的中频信号。线性网络42包含低噪声放大器421和高通滤波器422，其中低噪声放大器采 用Analog公司的AD795配合外围电路构建，低噪声放大器可以获得固定的20dB的增益；高 通滤波器使用电容、电感设计的9阶椭圆滤波器构建，通带从50kHz开始，40kHz以下衰减 lOOdB以上。自动增益控制放大电路43包含第一级增益可调放大器431、第二级增益可调 放大器432和增益控制电路433，两级增益可调电路采用两块Analog公司的增益可调放大 器芯片AD8369配合外围电路构建，每级具有独立可控的45dB增益，增益控制电路433由信 号处理电路根据获得的信号强度进行反馈控制。 图1中的信号处理电路结构如图3所示，信号处理电路5以Xilinx公司的 Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片XC2VP7057为核心，分别与外围电路的模数转换电路 51，串行通信电路56， 10M/100M以太网通信电路55，存储电路52， SystemACE配置电路54， JTAG接口电路53连接。 首先中频输出44经过模数转换电路51将模拟信号转换成数字信号，由FPGA电 路57进行对探测目标的距离和速度计算，判断是否可能存在碰撞危险，由显示报警电路6 进行相应的声光显示和报警。数模转换电路可以选用Analog公司的AD9220配合外围电 路构建。JTAG接口电路53用于下载和在线调试，SystemACE配置电路54用来对FPGA进行灵活、高效的配置，以太网通信电路55提供系统与外部PC机之间的以太网高速数据传 输，串口通信电路56用于系统和外部PC机的串行通信，存储电路52使用两块Cypress Semiconductor的CY7C1370D芯片，提供36Mbit的SRAM，用于存放各种数据。
图1中的的电源模块8其正电压输入为IOV至18V宽电压输入，负电压输入为-10V 至-18V宽电压输入，提供各种芯片所需的+15V，-15V，+12V，-12V，+8V，+5V，+3. 3V，+2. 5V， +1. 8V， +1. 2V的不同等级的电压。 数字化温度补偿是指控制三角波的产生，使之可以根据不同温度下VCO的频 率_电压非线性特性曲线获得具有数字化温度补偿的预失真三角波，产生频率随时间线性 变化的调频信号，提高系统线性度和雷达整机性能，具体实施方法如下
a)在合理的控制电压范围内均匀的取电压点，利用Agilent公司的预选择毫米波 混频器11974V和微波频谱分析仪8563EC测量出不同控制电压对应的VCO输出频率，形成 温度-电压数据对(v， f)。实施时将装置放入温控室，在-l(TC至5(rC温度范围内，每隔 l(TC测量一次，得到6条VCO电调特性曲线如图4，存储数据记录在FPGA电路57内。
b)雷达工作时，FPGA电路57根据VC0温度检测电路7实时测得温度，按查表方式 在存储的数据中找到与实时测量温度相近两个温度所对应的VCO电调特性曲线。如图4所 示，实时测量温度为25t:，则根据此温度找到与之相邻的2(TC和3(TC的曲线。
c)运用插值法根据相邻的频率-电压曲线数据得到当前温度的VCO频率-电压曲 线，如图4虚线所示。 d)如图5所示，通过在输出带宽间内均匀抽取的n点(^， f2， ...， f》，利用频 率_电压曲线得到相应输出频率下的输入控制电压序列(Vl， v2，. . . ， vn)，即预失真曲线，输 入到VCO中。
权利要求
一种带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于包括由发射天线(11)以及接收天线(12)构成的天线(1)，由耦合器(21)、压控振荡器(22)以及混频器(23)构成的射频前端(2)，三角波发生器(3)，中频放大电路(4)，信号处理电路(5)，显示报警电路(6)，压控振荡器温度检测电路(7)和电源模块(8)组成；压控振荡器温度检测电路(7)将从压控振荡器(22)上检测到的温度经带有数字化温度补偿的三角波发生器(3)接压控振荡器(22)的输入端，压控振荡器(22)的输出端接耦合器(21)的输入端，耦合器(21)的一路输出端接发射天线(11)，耦合器(21)的另一路输出端接混频器(23)的一个输入端，接收天线(12)接入混频器(23)的另外一个输入端，混频器(23)输出端接中频放大电路(4)的输入端，中频放大电路(4)的输出端经信号处理电路(5)接显示报警电路(6)，电源模块(8)给装置供电。
2. 根据权利要求1 一种带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置，其特 征在于所述的中频放大电路(4):包括由低噪声放大器(421)和高通滤波器(422)组成的 线性网络，包括由第一级增益可调放大器(431)、第二级增益可调放大器(432)和增益控制 电路(433)组成自动增益控制放大电路；把混频器(23)的输出信号输入线性网络(42)，再 经过自动增益控制放大电路(43)进行放大，以获得幅度稳定的中频信号输出到信号处理 电路(5)。
3. 根据权利要求1 一种带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置，其特 征在于所述的信号处理电路(5)以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片 XC2VP70(57)为核心，分别与外围电路的模数转换电路(51)，串行通信电路(56) ， 10M/100M 以太网通信电路(55)，存储电路(52)，SystemACE配置电路(54) ， JTAG接口电路(53)连接。
4. 根据权利要求1 一种带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置，其特 征在于所述的电源模块(8)其正电压输入为IOV至18V宽电压输入，负电压输入为-10V 至-18V宽电压输入，输出提供+15V， -15V， +12V， -12V， +8V， +5V， +3. 3V， +2. 5V， +1. 8V， +1. 2V 的不同等级的电压。
全文摘要
本发明公开了一种带有数字化温度补偿的60GHz毫米波汽车防撞雷达装置。包括天线、射频前端、三角波发生器、中频放大电路、信号处理电路、显示报警电路、VCO温度检测电路和电源模块。VCO温度检测电路将检测到的温度送给带有数字化温度补偿的三角波发生器，三角波发生器输出信号接至射频前端中的VCO，VCO输出接耦合器，耦合器一路接发射天线，另一路接混频器一个输入端，接收天线接混频器另外一个输入端，混频器输出端接中频放大电路，中频放大电路经信号处理电路接显示报警电路，电源模块给装置供电。本发明通过计算多普勒频移得到探测目标的距离和相对速度。使用数字化温度补偿技术，克服毫米波频率下VCO非理想特性对系统性能的影响。
文档编号G01S7/02GK101793964SQ20101012032
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者史治国, 陈俊丰, 陈抗生, 鲍迎 申请人:浙江大学