摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2内河船舶及环境感知研究现状 1

1.2.1国内智能船舶及环境感知研究现状 1

1.2.2国外智能船舶及环境感知研究现状 3

1.2.3毫米波雷达在船舶环境感知中的应用 3

第二章 毫米波雷达的简介 5

2.1毫米波雷达的性能简介 5

2.2毫米比雷达组成结构 6

2.3毫米波雷达测速测距原理 8

2.4本章小结 11

第三章 毫米波雷达的避撞系统设计 12

3.1 雷达信号处理系统性能要求 12

3.2雷达信号处理系统硬件电路整体结构分析 12

3.3毫米波雷达采集程序设计及分析 13

3.4本章小结 16

第四章 毫米波雷达船舶避撞系统硬件设计 17

4.1电源模块 17

4.2时钟模块 18

4.3复位电路 19

4.4低通滤波器 19

4.5 DAC模块 20

4.6串行通信模块 20

4.7 CAN 通信接口模块 21

4.8本章小结 22

第五章 总结与展望 23

5.1总结 23

5.2展望 23

参考文献 25

摘要

雷达是用来发现目标并对目标定位的电磁系统。雷达使用调制的波形和定向天线发射电磁能量，并从回波中提取目标信息。雷达的发明扩展了人们观测周围环境的能力，尤其是视觉能力。船载导航雷达作为航海船舶必备的导航设备之一，从模拟雷达到数字雷达已经发展了几十年，并普遍安装在各类型船舶上。

数字信号处理技术和嵌入式技术发展到今天，给雷达技术的发展带来了新的契机。相对于模拟雷达，数字化雷达具有性能好、功能全、操作方便等优势。相对于模拟器件，利用数字信号处理技术实现雷达信号处理算法更简易、更灵活、更高效。基于高速的数字信号处理器，可以非常高效的对雷达回波信号进行采样和处理，对杂波进行抑制，对目标信息进行提取。并且，利用数字信号处理技术实现的效果明显优于模拟实现方式。

本文设计实现了船舶导航雷达系统的数字信号处理模块，重点研究了数字信号处理模块的软件算法，给出了DSP系统的软件实现方案。本课题详细分析了船舶导航雷达的工作原理，包括电磁波工作特性、毫米波雷达基本原理以及雷达定位的工作原理。在此基础上，提出了船载导航雷达数字信号处理的设计思路，包括系统功能和模块间的接口。并重点分析了雷达数字信号处理软件的设计思路，包括软件结构、算法等多个方面。最终，从雷达的功能、性能和稳定性等方面对本课题设计的雷达数字信号处理模块进行了测试，得到了良好的结果，达到了设计要求。

关键词：毫米波雷达 环境感知 DSP CAN

Abstract

Radar is an electromagnetic system used to detect and locate targets.Waveform and orientation of Radar using Modulation. The antenna emits electromagnetic energy and extracts target information from the echo. The invention of radar expanded people's observation of their surroundings. The ability of the environment, especially the visual ability. Shipborne navigation radar is one of the necessary navigation equipment for navigation ships. From analog radar to digital radar has been developed for decades, and widely installed on all types of ships.

With the development of digital signal processing technology and embedded technology, it brings new development to radar technology. Opportunity. Compared with analog radar, digital radar has many advantages, such as good performance, complete function, convenient operation and so on. Phase. For analog devices, it is simpler and more flexible to realize radar signal processing algorithm by using digital signal processing technology. More efficient. Based on the high speed digital signal processor, the radar echo signal can be sampled very efficiently. And processing, the clutter is suppressed, and the target information is extracted. In addition, using digital signal processing technology. The effect of simulation is better than that of simulation.

In this paper, the digital signal processing module of ship navigation radar system is designed and realized, and the emphasis is put on the research of digital signal. The software algorithm of the number processing module is given, and the software implementation scheme of DSP system is given. In this paper, the working principle of ship navigation radar is analyzed in detail, including electromagnetic wave working characteristic, millimeter wave radar basic principle and radar positioning working principle. On this basis, the design idea of shipborne navigation radar digital signal processing is put forward, including the system function and the interface between modules. The design idea of radar digital signal processing software is analyzed in detail, including software structure, algorithm and so on. Finally, the radar digital signal processing module designed in this paper is tested from the aspects of radar function, performance and stability, and good results are obtained, which meet the design requirements.

Key Words：millimeter-wave radar environment-aware DSP CAN

第一章 绪论

1.1课题研究背景

船舶作为重要的水上交通运输工具，在国民经济运行中扮演着重要的角色。近些年，船舶制造日趋高速化和大型化，加上船舶数量的急剧増加，海上贸易运输的频繁往来，船舶遭遇碰撞、触礁等意外事故时有发生，严重威胁着海上人员的生命、财产安全。避碰问题己经成了亟待解决的重要问题^[1]。

目前海上船舶主要依靠船舶导航雷达引航，船舶导航雷达的出现弥补了在能见度不良情况（夜间，雨雪、雾這等天气影响）驾驶员的观测能力的不足，减少了船舶航行受能见度条件的影响。具有避碰功能的雷达（雷达自动标绘仪）通过目标检测和自动跟踪得到的目标位置参数和运动参数，依据获取的目标位置参数和运动参数雷达系统可自动计算目标的危险参数，并进行危险判断、报警及给出避碰建议。

船舶导航雷达在引航的过程中目标跟踪及危险评估、避让这两个环节非常重要。雷达导航系统对目标进行跟踪方可获取目标的运动参数，进而计算本船与目标之间的危险判断参数。根据危险评估结果，如果本船与目标之间存在碰撞危险雷达导航系统将提供可行的避碰建议供操船者参考以避让危险船只。