一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法技术

本发明专利技术公开了一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法，包括：获取第一差频信号；配置时钟参数，得到用于数据量化的采样时钟、用于运算和缓存的逻辑时钟、用于上传数据的串口时钟；根据得到的所述采样时钟、所述逻辑时钟和所述串口时钟对所述第一差频信号进行量化处理，得到第二差频信号；对所述第二差频信号进行数据预处理，得到第三差频信号；对所述第三差频信号进行脉冲压缩，得到第四差频信号；采用非相参积累方法对所述第四差频信号进行积累，得到第五差频信号；对所述第五差频信号进行频域分析，得到目标距离。本发明专利技术在不改变现有信号处理硬件的前提下，实现了探测目标超近距探测的目的。

A blind area free ranging method with limited hardware resources

【技术实现步骤摘要】
一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法
本专利技术涉及雷达探测
，特别涉及一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法。
技术介绍
雷达探测具有全天时、全天侯的特点，在远近距测量等任务中得到了广泛的应用。现有目标探测雷达大多采用脉冲体制，通过发射调制的窄脉冲，测量回波的时延，能够有效获得目标的距离信息，然而，脉冲体制下，由于发射信号对接收信号的干扰，存在近距盲区，这使得如何实现几米到几百米范围内的空间目标超近距探测成为难题。研究发现，在名称为“用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置及方法”申请号为201610769039.9的专利技术专利中，主要针对远距离目标，对串扰与泄露的低频信号进行抑制，解决了相位敏感及信号泄露的问题。该方法主要针对差频信号相位补偿，频率信息提取计算目标距离部分没有展现，不属于信号处理范畴，同时装置复杂，很难应用于高精度测距。在名称为“线性调频连续波雷达测距方法”申请号为201410074964.0的专利技术专利中，主要针对减少栅栏效应带来的误差，提高FMCW测距精度展开。提出了一种通过插值来拟合中频信号的离散傅里叶频谱曲线，找到该频谱上最大值的谱线对应的频谱值。该方法主要针对拟合算法设计，不属于有限资源条件下的信号处理范畴，无法用于兼容已有硬件平台。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法，本专利技术能够借助现有的有限硬件平台(有限硬件资源条件)，采用线性调频连续波体制有效实现差频信号的捕获、脉压、积累、上位机交互，最终获得无盲区测距结果，且满足高精度测距要求的目的。为了实现以上目的，本专利技术通过提下技术方案实现：一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法，包括：步骤S1、获取第一差频信号；步骤S2、配置时钟参数，得到用于数据量化的采样时钟、用于运算和缓存的逻辑时钟、用于上传数据的串口时钟；步骤S3、根据得到的所述采样时钟、所述逻辑时钟和所述串口时钟对所述第一差频信号进行量化处理，得到第二差频信号；步骤S4、对所述第二差频信号进行数据预处理，得到第三差频信号；步骤S5、对所述第三差频信号进行脉冲压缩，得到第四差频信号；步骤S6、采用非相参积累方法对所述第四差频信号进行积累，得到第五差频信号；步骤S7、对所述第五差频信号进行频域分析，得到目标距离。进一步的，所述步骤S1包括：采用FMCW雷达设有的FMCW波形发生器产生发射信号，所述发射信号经FMCW雷达设有的放大器放大后分为两路，一路作为主振信号，经功放后由FMCW雷达设有的发射天线辐射到自由空间，一路作为本振信号，与回波信号混频并滤波放大获得包含距离信息的所述第一差频信号。进一步的，所述步骤S2包括：在所述FMCW雷达设有的FPGA芯片中调用所述FPGA芯片设有的DCM模块，配置时钟参数，在晶振40MHz时钟的基础上得到10MHz的所述采样时钟和200MHz的所述逻辑时钟；与此同时，得到144MHz时钟，对该144MHz时钟进行1250分频，得到115200Hz的所述串口时钟。进一步的，所述步骤S4包括：步骤S4.1、将所述第二差频信号变换到频域，对所述第二差频信号进行残余相位补偿；步骤S4.2、将经残余相位补偿后的所述第二差频信号变换至时域，采用Hamming窗对所述经残余相位补偿的所述第二差频信号进行旁瓣抑制，得到所述第三差频信号。进一步的，所述步骤S4.1包括：预先将相位校正因子存储在所述FPGA芯片中的ROM内，将所述第二差频信号变换到频域后与所述相位校正因子做点积运算。进一步的，所述步骤S4.2包括：预先将Hamming窗系数存储在所述FPGA芯片中的ROM内，将所述经残余相位补偿后的所述第二差频信号变换至时域后与所述Hamming窗系数做点积运算。进一步的，所述步骤S5包括，对所述第三差频信号进行傅里叶变换，得到所述第四差频信号。进一步的，所述步骤S6包括：对所述第四差频信号进行缓存降速；具体的，假设第N次傅里叶变换运算得到的频域信息没有经一级RAM进行缓存、降速，直接以200MHz速率进行非相干积累；完成一次完整的非相干积累由以下三步构成：步骤S6.1、将所述一级RAM中缓存的第N次运算结果取出；步骤S6.2、与FFT输出端口输出的所述傅里叶变换运算结果进行累加；步骤S6.3、将累加结果继续写入所述一级RAM，进行下一次非相干积累，直至达到预设的累加次数；针对一帧数据，当第N+1次运算结果到来，正在进行第M点的累加运算时，取出所述一级RAM中第N次第M点运算结果进行累加，此时FFT核输出端口数据正在更新；当将累加结果原位写入所述一级RAM继续缓存时，FFT输出端口输出的累加结果已经更新至第M+2点；因此，当取所述一级RAM中第N次第M+1点运算结果时，FFT输出端口对应的是第N+1次第M+2点的运算结果；其中，N是预设的参数化非相关积累次数，M，且1≤M≤2048代表FFT运算的点数；二级RAM对FFT实时运算结果进行缓存并降速，实现运算结果对应位的累加；得到所述第五差频信号。进一步的，步骤S7包括：通过差频信号的频率反演得到目标距离，即其中，Δf为某一时刻本振信号与回波信号的频率差；R为雷达与测试目标之间的距离，c为光速；γ为调频率。可选的，还包括：步骤S8、设计外场试验，将所述步骤S7得到的所述目标距离与借助激光测距仪得到的实测距离作对比，得到测距精确度。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术提供的一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法，包括：步骤S1、获取第一差频信号；步骤S2、配置时钟参数，得到用于数据量化的采样时钟、用于运算和缓存的逻辑时钟、用于上传数据的串口时钟；步骤S3、根据得到的所述采样时钟、所述逻辑时钟和所述串口时钟对所述第一差频信号进行量化处理，得到第二差频信号；步骤S4、对所述第二差频信号进行数据预处理，得到第三差频信号；步骤S5、对所述第三差频信号进行脉冲压缩，得到第四差频信号；步骤S6、采用非相参积累方法对所述第四差频信号进行积累，得到第五差频信号；步骤S7、对所述第五差频信号进行频域分析，得到目标距离。由此，本专利技术根据无盲区测距的要求，在现有硬件平台基础上，采用FMCW雷达体制，利用差频信号获取距离信息；将差频信号进行量化，传输给FPGA芯片将量化的差频信号变换到频域，对自混频过程中引入的残余相位进行补偿；将残余相位补偿后的差频信号变换至时域，为抑制旁瓣，采用Hamming窗进行旁瓣抑制；为提高测距精度，对预处理后的差频信号进行脉冲压缩，在FPGA平台中表现为傅里叶变换；为提高系统信噪比，采用非相参积累的方式对脉压结果进行积累。为节约资源，对FFT结果进行降速、缓存，进行同速率原位累加；将非相参积累结果经FIFO缓存，采用通用串口进行信息交互，在上位机中进行差频信号的频域分析，完成距离信息(目标距离)提取。本专利技术兼容了现有硬件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法，其特征在于，包括：/n步骤S1、获取第一差频信号；/n步骤S2、配置时钟参数，得到用于数据量化的采样时钟、用于运算和缓存的逻辑时钟、用于上传数据的串口时钟；/n步骤S3、根据得到的所述采样时钟、所述逻辑时钟和所述串口时钟对所述第一差频信号进行量化处理，得到第二差频信号；/n步骤S4、对所述第二差频信号进行数据预处理，得到第三差频信号；/n步骤S5、对所述第三差频信号进行脉冲压缩，得到第四差频信号；/n步骤S6、采用非相参积累方法对所述第四差频信号进行积累，得到第五差频信号；/n步骤S7、对所述第五差频信号进行频域分析，得到目标距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种有限硬件资源条件下无盲区测距方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取第一差频信号；
步骤S2、配置时钟参数，得到用于数据量化的采样时钟、用于运算和缓存的逻辑时钟、用于上传数据的串口时钟；
步骤S3、根据得到的所述采样时钟、所述逻辑时钟和所述串口时钟对所述第一差频信号进行量化处理，得到第二差频信号；
步骤S4、对所述第二差频信号进行数据预处理，得到第三差频信号；
步骤S5、对所述第三差频信号进行脉冲压缩，得到第四差频信号；
步骤S6、采用非相参积累方法对所述第四差频信号进行积累，得到第五差频信号；
步骤S7、对所述第五差频信号进行频域分析，得到目标距离。


2.如权利要求1所述的有限硬件资源条件下无盲区测距方法，其特征在于，
所述步骤S1包括：采用FMCW雷达设有的FMCW波形发生器产生发射信号，所述发射信号经FMCW雷达设有的放大器放大后分为两路，一路作为主振信号，经功放后由FMCW雷达设有的发射天线辐射到自由空间，一路作为本振信号，与回波信号混频并滤波放大获得包含距离信息的所述第一差频信号。


3.如权利要求2所述的有限硬件资源条件下无盲区测距方法，其特征在于，所述步骤S2包括：在所述FMCW雷达设有的FPGA芯片中调用所述FPGA芯片设有的DCM模块，配置时钟参数，在晶振40MHz时钟的基础上得到10MHz的所述采样时钟和200MHz的所述逻辑时钟；与此同时，得到144MHz时钟，对该144MHz时钟进行1250分频，得到115200Hz的所述串口时钟。


4.如权利要求3所述的有限硬件资源条件下无盲区测距方法，其特征在于，所述步骤S4包括：步骤S4.1、将所述第二差频信号变换到频域，对所述第二差频信号进行残余相位补偿；
步骤S4.2、将经残余相位补偿后的所述第二差频信号变换至时域，采用Hamming窗对所述经残余相位补偿的所述第二差频信号进行旁瓣抑制，得到所述第三差频信号。


5.如权利要求4所述的有限硬件资源条件下无盲区测距方法，其特征在于，所述步骤S4.1包括：预先将相位校正因子存储在所述FPGA芯片中的ROM内，将所述第二差频信号变换到频域后与所述相位校正因子做点积运算。


6.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，黄勇，唐琳，吕良卿，丰超，闫鹏武，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31