一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法技术方案

本发明专利技术公开一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法，根据雷达系统探测范围内的目标，在预设较小的时间窗间隔内，其变化距离有限，存在空间局域性的特征，对应到距离维FFT，即1

【技术实现步骤摘要】
一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法
本专利技术涉及FMCW雷达系统信号处理领域，具体涉及一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法。
技术介绍
线性调频连续波（LinearFrequencyModulatedContinuousWave，以下简称FMCW）是一种通过对连续波进行线性频率调制来获得距离、速度及角度等信息的雷达体制。其具有环境适应性好、高接收灵敏度、低发射功率、结构简单等优点，近年来在军事和民用领域成为一大研究热点，尤其是在自动驾驶、智能机器人等场景更是得到了广泛的应用。其中智能机器人主要应用于探测低速移动目标的场合，例如酒店、医院、智慧园区导引服务机器人，快递投送机器人等。为了实现高精度地区分不同目标以及目标的轮廓，在提高模数转换器（Analog-to-DigitalConverter，以下简称ADC）采样率的同时，往往还会采用增加多进多出（Multiple-InputMultiple-Output，以下简称MIMO）收发天线阵列规模。但由此也带来了整个雷达系统的数据传输吞吐量的急剧增加，从而要求更高带宽传输速率的接口支持、更大的数据存储空间、更多的数字信号处理计算任务以及随之而增加的成本和功耗。申请号为CN201710956700提及的多通道技术以及步进频率技术都是在模拟域进行处理，降低ADC采样率，以减少雷达系统的数据吞吐量，实现了简化雷达系统、降低成本的目的。但是，近年来随着集成电路领域ADC技术迅猛发展，高精度高采样率的ADC变得相对容易实现。此外，单纯地降低ADC采样率会造成雷达系统信噪比、探测距离等各方面性能的下降。CN201911404613提及了多路雷达射频信号数字化接收机数据吞吐量大、运算速度高的背景，并采用FPGA来取代DSP以获得更高的性能，但并没有在如何降低雷达系统中数据吞吐量方面提供解决方法。因此，如何在提升FMCW雷达系统性能的同时，降低数据传输吞吐量，正成为一项关键技术，将有助于减轻雷达系统高速传输接口需求、减少数据存储空间占用、释放数字信号处理计算量、提升雷达系统处理实时性、以及降低相应的成本和功耗。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法，针对高分辨率的低速运动目标探测的场景下，持续增加的MIMO收发阵列规模导致整个雷达系统数据吞吐量的急剧增加的技术难题，充分利用预设较小的时间窗间隔内，探测目标在距离维频谱上存在稳定不变的特点，通过数字下变频技术来减少数据吞吐量，从而实现减轻雷达系统高速传输接口需求、减少数据存储空间占用、释放数字信号处理计算量、提升雷达系统处理实时性、以及降低相应的成本和功耗的效果。本专利技术的目的通过如下的技术方案来实现：一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法，其特征在于，所述的FMCW雷达系统由发射端Tx0、Tx1、Tx2、...、Txn-1和接收端Rx0、Rx1、Rx2、...、Rxm-1组成，所有的发射端和接收端形成n×m的虚拟天线阵列；所述的发射端Tx0、Tx1、Tx2、...、Txn-1串行工作，接收端Rx0、Rx1、Rx2、...、Rxm-1并行工作；在预设时间窗口内，执行如下步骤：S1：FMCW雷达系统发射端Tx0首先发出第一次chirp，FMCW雷达系统接收端Rx0根据预先设置好的采样率进行工作并输出样点数据，其余接收端Rx1、Rx2、...、Rxm-1虽然工作，但整个FMCW雷达系统不传输Rx1、Rx2、...、Rxm-1样点数据；其中预设时间窗口由两部分组成，（1）Tx0的发射第一次chirp，用于目标信息探测；（2）后续多个整轮的Tx0，Tx1，...，Txn-1的chirp；S2：对接收端Rx0的样点数据直接进行1stFFT处理，得到一维距离FFT，即探测目标在频谱上的分布情况，根据多个目标在频谱上的中心频点计算出NCO的频率值，根据多个目标的频谱子带带宽决定抽取倍数值D；S3：根据S2得到的探测目标在频谱上的分布情况，在接下来n次的chirp时间内，发射端按顺序Tx0、Tx1、Tx2、...、Txn-1串行工作，每个发射端相对应的Rx接收端分别在数字域进行频谱子带下变频处理；S4：经S3处理后的各接收端输出样点数据统一汇聚并传输给下游芯片或模块，进行信号预处理，即1stFFT处理得出距离维信息；S5：重复步骤S3~S4，执行多轮的循环操作；S6：对应S2探测到的目标，在S4中1stFFT处理得到的距离维信息基础上，分别进行2ndFFT计算得到距离-速度二维信息、3rdFFT计算得到各目标角度维信息；S7：根据S2得到的NCO的频率值和抽取倍数值D，将S6得到结果进行还原，输出点云信息。进一步地，所述的S3中的每个发射端相对应的Rx接收端在数字域进行频谱子带下变频处理的具体流程如下：（1）根据所述的NCO的频率值进行数字域频谱搬移；（2）抗混叠数字滤波处理；（3）抗混叠滤波处理的数据输出执行倍数抽取。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过分析FMCW雷达系统探测范围内的目标，在预设较小的时间窗间隔内，其变化距离有限，存在空间局域性的特点，反映到频域中，即探测目标在距离维FFT频谱分布具有不变性；在预设时间窗内的第一次chirp，只对Rx0的样点数据直接进行传输和1stFFT处理，在获得探测目标分布的同时可以降低该时间段的数据吞吐量；在预设时间窗内接下来剩余的n次chirp，根据第一次chirp获得的频谱分布图，对所有Rx接收通道进行各频谱子带数字下变频处理，可以降低该时间段的数据吞吐需求；通过上述处理，在保证原有性能的情况下，可以降低高速传输接口需求，释放后续雷达信号处理计算量，减少数据存储空间占用，同时可以提升系统实时性，降低整体成本和功耗。附图说明图1为12Tx*16Rx的FMCW雷达系统硬件框图；图2为3Tx*4Rx的等效虚拟天线阵列图；图3为预设时间窗口内的chirp发射图。图4为探测目标分布在一个子频带频谱图；图5为探测目标分布在两个子频带频谱图；图6为角度维FFT处理示意图。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的方法根据雷达系统探测范围内的目标，在预设较小的时间窗间隔内，其变化距离有限，存在空间局域性的特征，对应到距离维FFT（也称1stFFT），即在频谱上对应的频率值具有不变性。根据所关注的各物体目标在1stFFT分布情况，可以进行各频谱子带数字下变频处理，即先对ADC输出进行数字域NCO搬移，其次是抗混叠滤波处理，然后是相应的倍数抽取输出，从而达到降低整个雷达系统数据传输吞吐量的目的。首先给出技术术语解释：（1）FMCW：FrequencyModulatedContin本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法，其特征在于，所述的FMCW雷达系统由发射端Tx0、Tx

【技术特征摘要】
1.一种降低FMCW雷达系统数据传输吞吐量的方法，其特征在于，所述的FMCW雷达系统由发射端Tx0、Tx1、Tx2、...、Txn-1和接收端Rx0、Rx1、Rx2、...、Rxm-1组成，所有的发射端和接收端形成n×m的虚拟天线阵列；所述的发射端Tx0、Tx1、Tx2、...、Txn-1串行工作，接收端Rx0、Rx1、Rx2、...、Rxm-1并行工作；
在预设时间窗口内，执行如下步骤：
S1：FMCW雷达系统发射端Tx0首先发出第一次chirp，FMCW雷达系统接收端Rx0根据预先设置好的采样率进行工作并输出样点数据，其余接收端Rx1、Rx2、...、Rxm-1虽然工作，但整个FMCW雷达系统不传输Rx1、Rx2、...、Rxm-1样点数据；其中预设时间窗口由两部分组成：
（1）Tx0的发射第一次chirp，用于目标信息探测；
（2）后续多个整轮的Tx0，Tx1，...，Txn-1的chirp；
S2：对接收端Rx0的样点数据直接进行1stFFT处理，得到一维距离FFT，即探测目标在频谱上的分布情况，根据多个目标在频谱上的中心频点计算出NCO的频率值，根据多个目标的频谱子带...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡塘，徐志伟，玉虓，邓庆文，杨李杰，许桐恺，郭清水，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：浙江;33