一种调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种从中频接收数字信号实时估计相位噪声功率谱的方法，通过对目标回波信号进行处理得到数字差频信号，利用二维快速傅立叶变换将数字差频信号矩阵进行处理得到综合频谱能量矩阵，并进一步得到目标参数，再根据预先设定的矩阵运算得到去除相互混叠后各目标的回波信号，然后计算相位噪声采样序列并进行频谱分析获取相位噪声功率谱。本发明专利技术无需添加额外硬件，且无论单个或多个目标情况，均能够直接提取相位噪声采样值，进而估计出相位噪声的功率谱，估计精度不易受到多目标和其它类型噪声的影响，并且能够克服现有技术中相位噪声估算方法存在的一些技术问题。位噪声估算方法存在的一些技术问题。位噪声估算方法存在的一些技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及调频连续波(FMCW)雷达，具体为从中频接收数字信号提取相位噪声采样值从而估计相位噪声功率谱。

技术介绍

[0002]由于振荡器相位和频率的不稳定，调频连续波雷达发射信号的相位具有随机抖动,这种称为相位噪声的随机相位抖动对雷达的探测性能有负面影响,估计相位噪声是设计低相位噪声雷达和消除相位噪声影响的重要课题。现有FMCW雷达相位噪声的估计方法主要可以归结为两种：一是直接对回波信号做频谱分析，无论实时或离线处理都可以通过频谱分析来进行，该方法的缺点是估计精度会受到多目标和其它类型噪声的影响；二是通过在雷达收发模块添加射频延迟线产生虚拟目标回波，并将其与真实目标回波进行比较从而估计出相位噪声，这种方法的缺点是需要增加额外硬件，例如增加射频延迟线以及相应的混频器等。
[0003]本专利技术提供了一种从中频接收数字信号实时估计相位噪声功率谱的方法，本专利技术无需添加额外硬件，且无论单个或多个目标情况，均能够直接提取相位噪声采样值，进而估计出相位噪声的功率谱，估计精度不易受到多目标和其它类型噪声的影响，并且能够克服上述
技术介绍
中提到的两种噪声估算方法存在的一些技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的缺点或不足，本专利技术提供一种从中频接收数字信号实时估计相位噪声功率谱的方法，本专利技术无需添加额外硬件，且无论单个或多个目标情况，均能够直接提取相位噪声采样值，进而估计出相位噪声的功率谱，并且估计精度不易受到多目标和其它类型噪声的影响。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，具体包含如下步骤：
[0006]S1：由发射天线发射一帧扫频信号，所述发射天线阵列的一帧扫频信号中包括多个扫频信号；
[0007]S2:由接收天线阵列的多个接收天线接收所述扫频信号的接收信号，所述接收信号是多个目标回波信号的叠加；
[0008]S3:由数据处理单元对所述目标回波信号进行处理，得到模拟差频信号，所述模拟差频信号为I通道和Q通道的模拟差频信号；
[0009]S4：对所述模拟差频信号进行低通滤波和模数转换处理，得到数字差频信号，所述数字差频信号为I通道和Q通道的数字差频信号；
[0010]S5：对一帧内的多个扫频信号对应的数字差频信号进行矩阵排列，并对所述矩阵排列做二维快速傅立叶变换得到频谱矩阵，进一步对所述频谱矩阵进行计算，得到综合频谱能量矩阵P；
[0011]S6:对所述综合频谱能量矩阵P进行计算，得到目标参数；
[0012]S7：任意确定一个扫频信号，获取接收天线阵列中各个接收天线对应于该扫频信号的数字差频信号,根据预先设定的矩阵运算得到去除相互混叠后各目标的目标回波信号；
[0013]S8：选取所述去除相互混叠后任一目标回波信号，计算其相位序列；
[0014]S9：根据所述相位序列计算相位噪声采样序列；
[0015]S10：对所述相位噪声采样序列进行频谱分析获取相位噪声功率谱。
[0016]其中，一个扫频时间的信号称为一个扫频信号。接收天线接收到的目标回波信号经混频，低通滤波得到的模拟差频信号经模数变换(ADC)后送数字信号处理模块提取目标信息。
[0017]进一步地，所述每一帧扫频信号包含L个(L为整数，且大于零)扫频信号s(t)。在t时刻的所述子扫频信号s(t)可以用以下时间变量t的函数来表示：
[0018][0019]其中，A为表示电压幅值的常数，f
c
为中心频率，k＝B/T
c
为扫频斜率，B为扫频带宽，T
c
为扫频时间，为初始相位，为t时刻的相位噪声。
[0020]进一步地，所述L个扫频信号，其中L的值为16、32、64或128。
[0021]进一步地，所述接收天线阵列有D个接收天线，每个接收天线d(d＝1,2,...,D)对应的所述扫频信号s(t)的接收信号是多个目标回波信号的叠加。
[0022]进一步地，第d个子接收天线在t时刻的目标回波信号用以下时间变量t的函数来表示：
[0023][0024]其中，M为目标个数，为第d个天线接收到的第m个目标的回波信号强度，f
dm
为第m个目标的多普勒频率，第m个目标的回波延迟为
[0025]τ
m
＝2R
m
/c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]R
m
为第m个目标的距离，c为光速。
[0027]进一步地，所述由数据处理单元对所述目标回波信号进行处理，得到模拟差频信号，进一步包括，对回波信号经低噪声放大，混频，中频放大，得到I通道和Q通道的模拟差频信号。
[0028]进一步地，对第d个接收天线d(d＝1,2,...,D)，其对应于一个扫频信号s(t)的I通道和Q通道的模拟差频信号可以表示为：
[0029][0030][0031]进一步地，对所述模拟差频率信号进行低通滤波和模数转换处理，得到I通道和Q
通道的数字差频信号，进一步包括，对第d个接收天线(d＝1,2,...,D)，其对应于一个扫频信号s(t)的I通道和Q通道的数字差频信号可以表示为：
[0032][0033][0034]其中，n＝1,...,N，N为采样点数，T
s
为采样周期，
[0035][0036]round()为四舍五入取整数。用复数形式表示的数字差频信号y
(d)
(n)为：
[0037][0038]这里j为虚部表示符号。
[0039]进一步包括，将接收天线d(d＝1,2,...,D)的对应于一个扫频信号的数字差频信号(如公式(9)表示)排列成一个N维列向量：
[0040]y
(d)
＝(y
(d)
(1) y
(d)
(2) ... y
(d)
(N))
T
,(d＝1,2,...D)
ꢀꢀ
(10)
[0041]其中，右上角T表示向量转置运算。
[0042]进一步地，将一帧内所有L个扫频信号对应的数字差频信号排列成一个维度为N行L列的矩阵，并对该矩阵做二维快速傅立叶变换得到同样维度的频谱矩阵；对接收天线阵列中的各个接收天线分别重复进行所述二维快速傅立叶变换操作，操作后得到D个频谱矩阵：F
(d)
(d＝1,2,...,D)；对各频谱矩阵逐点求模的平方，得到D个频谱能量矩阵：E
(d)
(d＝1,2,...,D)；进一步将D个频谱能量矩阵做平均得到综合频谱能量矩阵P。
[0043]进一步地，对所述综合频谱能量矩阵P进行计算，得到目标参数，进一步包括，根据所述综合频谱能量矩阵P的M个尖峰的坐标索本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，包含如下步骤：S1：由发射天线发射一帧扫频信号，所述发射天线的一帧扫频信号中包括多个扫频信号；S2:由接收天线阵列的多个接收天线接收所述所述一帧扫频信号的接收信号，所述接收信号是多个目标回波信号的叠加；S3:由数据处理单元对所述目标回波信号进行处理，得到模拟差频信号，所述模拟差频信号为I通道和Q通道的模拟差频信号；S4：对所述模拟差频信号进行低通滤波和模数转换处理，得到数字差频信号，所述数字差频信号为I通道和Q通道的数字差频信号；S5：将一帧内的多个扫频信号对应的数字差频信号进行矩阵排列，并对所述矩阵排列做二维快速傅立叶变换得到频谱矩阵，对所述频谱矩阵进行计算，得到综合频谱能量矩阵P；S6:对所述综合频谱能量矩阵P进行计算，得到目标参数；S7：选取所述一帧扫频信号中的任一扫频信号，获取接收天线阵列中各个接收天线对应于该扫频信号的数字差频信号,并根据预先设定的矩阵运算得到去除相互混叠后各目标的目标回波信号；S8：选取所述去除相互混叠后任一目标回波信号，计算其相位序列；S9：根据所述相位序列计算相位噪声采样序列；S10：对所述相位噪声采样序列进行频谱分析获取相位噪声功率谱。2.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述一帧扫频信号包含L个(L为整数，且大于零)扫频信号。在t时刻的所述扫频信号s(t)可以用以下时间变量t的函数来表示：其中，A为表示电压幅值的常数，f
c
为中心频率，k＝B/T
c
为扫频斜率，B为扫频带宽，T
c
为扫频时间，为初始相位，为t时刻的相位噪声。3.根据权利要求2所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述L个扫频信号，其中L的值为16、32、64或128。4.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述接收天线阵列有D个子接收天线，其中，第d个接收天线(d＝1,2,...,D)对应的所述扫频信号s(t)的接收信号是多个目标回波信号的叠加。5.根据权利要求4所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，第d个子接收天线在t时刻的目标回波信号用以下时间变量t的函数表示：其中，M为目标个数，为第d个天线接收到的第m个目标的回波信号强度，f
dm
为第m个目标的多普勒频率，第m个目标的回波延迟为τ
m
＝2R
m
/c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)R
m
为第m个目标的距离，c为光速。
6.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，所述由数据处理单元对所述目标回波信号进行处理，得到模拟差频信号，进一步包括，对回波信号经低噪声放大，混频，中频放大，得到I通道和Q通道的模拟差频信号。7.根据权利要求6所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对第d个接收天线d(d＝1,2,...,D)，其对应于一个扫频信号s(t)的I通道和Q通道的模拟差频信号可以表示为：拟差频信号可以表示为：8.根据权利要求1所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对所述模拟差频率信号进行低通滤波和模数转换处理，得到I通道和Q通道的数字差频信号，进一步包括，对第d个接收天线(d＝1,2,...,D)，其对应于一个扫频信号s(t)的I通道和Q通道的数字差频信号可以表示为：和Q通道的数字差频信号可以表示为：其中，n＝1,...,N，N为采样点数，T
s
为采样周期，round()为四舍五入取整数。用复数形式表示的数字差频信号y
(d)
(n)为：这里j为虚部表示符号。9.根据权利要求8所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，将接收天线d(d＝1,2,...,D)的对应于一个扫频信号的数字差频信号排列成一个N维列向量：y
(d)
＝(y
(d)
(1) y
(d)
(2) ... y
(d)
(N))
T
,(d＝1,2,...D)
ꢀꢀꢀꢀ
(10)其中，右上角T表示向量转置运算。10.根据权利要求9所述的调频连续波雷达的相位噪声数字式实时估计方法，其特征在于，对所述数字差频信号排列成的矩阵做二维快速傅立叶变换得到频谱矩阵，对所述频谱矩阵进行计算，得到综合频谱能量矩阵P，进一步包括，将一帧内所有L个扫频信号对应的数字差频信号排列成一个维度为N行L列的矩阵，并对该矩阵做二维快速傅立叶变换得到同样维度的频谱矩阵；对接收天线阵列中的各个接收天线分别重复进行所述二维快速傅立叶变换操作，操作后得到D个频谱矩阵：F
(d)
(d＝1,2,...,D)；对各频谱矩阵逐点求模...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱万智，罗海峰，张凡，熊翔，周源，蒋琦，黎晟昊，
申请(专利权)人：杭州岸达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：