使用毫米波雷達套件快速開發精密目標檢測設計（二）

對于其雷達信號處理器，IWR1642集成了德州儀器（TI）C674x數字信號處理器（DSP）內核（圖4）。 IWR1642 DSP是專為FMCW信號處理而設計的，以600 MHz時鐘運行，并由32 KB L1程序（L1P）和數據（L1d）高速緩存支持，以及256 KB統一程序/數據L2高速緩存，以加快DSP的運行速度。 如有必要，開發人員可以嚴格使用IWR1642作為雷達信號處理器。

圖4：德州儀器（TI）IWR1443 mmWave器件與RF /模擬前端一起集成了一個數字子系統，該子系統包括一個Arm Cortex-R4F作為主處理器以及一個德州儀器（TI）C674x數字信號處理（DSP）內核，用于雷達信號處理。 （圖片來源：德州儀器）

內置在主控制和雷達子系統中的硬件在環（HIL）模塊允許開發人員使用設備的數據修改模塊（DMM）輸入端口繞過RF前端，并將原始雷達數據加載到IWR1642中，以用于信號處理。

雷達信號處理鏈

盡管選擇IWR1443的硬件加速器還是IWR1642的C674x DSP內核取決于每個應用程序的獨特要求，但是對于大多數開發人員而言，所選設備在應用程序中的操作將基本透明。在德州儀器（TI）mmWave解決方案架構中，TI mmWave軟件環境可以使用任一設備的資源來執行稱為數據處理單元（DPU）的功能模塊，這些模塊負責通常在雷達信號處理中使用的各個數據轉換。在TI mmWave DPU中，核心功能包括：

范圍FFT：在活動幀內的采集周期內讀取線性調頻數據，以生成用于范圍計算的一維FFT，并生成雷達數據立方體。這是存儲在專用L3雷達數據存儲器中的距離，線性調頻和天線數據的三維（3D）矩陣。

去除靜態雜波：從樣本集中減去樣本的平均值。

多普勒FFT：執行2D FFT計算以精煉幀之間的雷達立方體數據，并生成雷達目標檢測算法使用的檢測矩陣。

CFAR：這將執行常用于對象檢測的恒定誤報率（CFAR）算法。

CFAR單元平均：這將AoA與CFAR模塊結合在一起，以實現雷達系統常用的CFAR單元平均（CFAR-CA）算法，以針對噪聲背景檢測物體。

用于群集，組跟蹤和分類的其他DPU提供了針對雷達信號數據的特定于應用程序的進一步改進。

使用TI mmWave軟件開發工具包（SDK），開發人員可以使用對數據路徑管理器（DPM）應用程序編程接口（API）的調用，將不同的DPU組合到所需的檢測（或數據）處理鏈（DPC）中。例如，實現DPC進行對象檢測（圖5）僅需要幾個基本調用，如Texas Instruments mmWave SDK發行版（清單1）中包含的示例代碼所示。

圖5：典型的目標檢測處理鏈結合了單獨的數據處理單元（DPU），這些數據處理單元執行雷達信號處理功能，例如在采集周期內進行距離FFT計算，以及在幀間周期內進行其他數據轉換。 （圖片來源：德州儀器）

    for(i = 0; i < RL_MAX_SUBFRAMES; i++)     {         subFrmObj = &objDetObj->subFrameObj[i];           subFrmObj->dpuRangeObj = DPU_RangeProcHWA_init(&rangeInitParams, errCode);           if (*errCode != 0)         {             goto exit;         }           subFrmObj->dpuStaticClutterObj = DPU_StaticClutterProc_init(errCode);           if (*errCode != 0)         {             goto exit;         }           subFrmObj->dpuCFARCAObj = DPU_CFARCAProcHWA_init(&cfarInitParams, errCode);           if (*errCode != 0)         {             goto exit;         }                 subFrmObj->dpuDopplerObj = DPU_DopplerProcHWA_init(&dopplerInitParams, errCode);           if (*errCode != 0)         {             goto exit;         }           subFrmObj->dpuAoAObj = DPU_AoAProcHWA_init(&aoaInitParams, errCode);           if (*errCode != 0)         {             goto exit;         }     }

清單1：包含在Texas Instruments mmWave SDK發行版中的示例代碼，如此代碼段，說明了通過向ObjDetObj結構中添加一組DPU來創建DPC的基本設計模式。 （代碼來源：德州儀器）

分層軟件環境中的軟件服務使用DSP子系統（DSS），主子系統（MSS）和加速器或兩者的組合自動實現DPU（圖6）。 在應用程序級別，開發人員使用mmWave API從完全配置的DPC訪問DPU結果，或通過mmWaveLink API直接訪問mmWave前端。

圖6：德州儀器（TI）mmWave環境提供了多個應用程序編程接口（API），這些接口可隱藏雷達系統操作的詳細信息，從而簡化運動檢測應用程序的開發。 （圖片來源：德州儀器）

對于特定應用，mmWaveLink提供的一項關鍵服務是內部雷達定時引擎的配置，該引擎會生成FMCW線性調頻脈沖和線性調頻脈沖幀。如前所述，線性調頻和線性調頻幀特性決定了對象檢測性能，但是實際的限制意味著對某些性能設置的選擇會在其他設置中產生限制。

例如，由于最大檢測范圍與頻率斜率成反比，因此需要遠程檢測的開發人員需要使頻率斜率最小。這樣做會影響線性調頻掃頻的帶寬，導致分辨率降低，因為檢測范圍的分辨率與該帶寬特性成正比。實際上，優化的線性調頻和線性調頻幀操作規范是雷達設計的關鍵因素，要求開發人員平衡多種線性調頻特性（圖7）。

圖7：對象檢測范圍和分辨率主要取決于傳輸的線性調頻脈沖的特性，要求開發人員仔細優化線性調頻脈沖發生器配置中的設置。 （圖片來源：德州儀器）

除了提供用于評估線性調頻設置的在線mmWave傳感估算器工具外，德州儀器（TI）在其mmWave傳感器的工業工具箱中還針對特定用例提供了廣泛的線性調頻數據庫以及推薦的線性調頻配置。開發人員可以找到涵蓋從高分辨率手勢識別到遠程交通監控的應用的參考設計和示例代碼。基于mmWave BoosterPacks構建的示例應用程序使開發人員可以快速評估mmWave性能，并為自己的自定義應用程序擴展參考設計。例如，要評估手勢控制，開發人員可以將IWR1443 BoosterPack（IWR1443BOOST）評估模塊（EVM）連接到其Windows PC上的USB連接，上傳預構建的固件，并探索檢測復雜的手勢，例如手指旋轉（圖8）。

圖8：使用德州儀器（TI）IWR1443BOOST EVM和可用的示例代碼，開發人員可以探索mmWave技術在動態高分辨率手勢識別方面的應用，例如使用旋轉手指控制成像系統。 （圖片來源：德州儀器）

對于手勢識別，IWR1443BOOST EVM可以用作唯一的硬件平臺。 在其他示例中，德州儀器（TI）演示了mmWave BoosterPack及其LaunchPad開發套件的組合使用。 例如，人員跟蹤應用程序將IWR1642BOOST EVM與LAUNCHXLCC1352R1無線MCU LaunchPad結合在一起，以演示對遠程部署雷達系統中人員的檢測和跟蹤。 該參考設計展示了不同線性調頻設置對擴展最大范圍的影響，但以分辨率為代價（圖9）。

毫米波雷達條件產品需求聯系：sales@gamtic.com，135 8596 2889.

圖9：一個示例性的Texas Instruments mmWave應用程序提供了多種線性調頻配置，使開發人員能夠研究線性調頻特性與檢測性能之間的關系。 （圖片來源：德州儀器）

結論

毫米波技術提供的范圍和精度優勢遠遠超過了早期方法所能達到的優勢。 但是，對于開發人員而言，硬件和軟件方面的多重挑戰限制了該技術的部署。 德州儀器（TI）提供的mmWave設備，開發工具和全面的軟件環境大大降低了使用mmWave技術實施復雜的對象檢測和跟蹤應用程序的障礙。