一种FMCW激光雷达数据处理方法及系统技术方案

本申请提供的一种FMCW激光雷达数据处理方法及系统，将FMCW激光雷达信号输入至ADC模数转换器，得到有符号定点数；对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据；根据所述频率信息得到所述FMCW激光雷达观测的物体信息，所述物体信息包括：所述FMCW激光雷达观测的物体距离以及物体速度。FMCW激光雷达可以同时直接测量运动目标的距离和速度，不需要快速的电子仪器。此外，调频连续波激光雷达采用外差探测技术，可以避免来自环境或其他激光雷达的外部干扰。他激光雷达的外部干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种FMCW激光雷达数据处理方法及系统


[0001]本申请涉及数字集成电路
，具体涉及一种FMCW激光雷达数据处理方法及系统。

技术介绍

[0002]2005年DARPA挑战赛，斯坦福团队设计的自动驾驶汽车Stanley以6小时53分的成绩取得冠军，该汽车配备了五个雷达传感器，自那以后，全自动驾驶汽车的开发和部署竞赛全面展开。
[0003]随着自动驾驶技术的发展，相关传感器的研究也在积极进行。调频连续波(FMCW)激光雷达具有高精度、高效率、非接触、无需靶标、无测量盲区等优点，能够在多种场合工作，是测量近距离大尺寸目标的重要方法之一。FMCW激光雷达还可用于直升机的测距、测速和激光风速测量，应用场景十分广泛。
[0004]一般来说，激光雷达有两种常见的探测方法，TOF(飞行时间)法和FMCW法。TOF LIDAR虽然系统结构相对简单，但由于存在盲点，无法在短距离内测量目标。TOF激光雷达的空间分辨率取决于脉冲宽度和计时器的精度。在TOF激光雷达系统中需要脉冲宽度为几纳秒的高质量脉冲源和高精度定时器。此外，TOF常用于探测目标的距离，难以同时实现精确的速度测量，FMCW激光雷达可以同时直接测量运动目标的距离和速度，不需要快速的电子仪器。此外，调频连续波激光雷达采用外差探测技术，可以避免来自环境或其他激光雷达的外部干扰。
[0005]调频连续波(FMCW)激光雷达具有高精度、高效率、非接触、无需靶标、无测量盲区等优点，能够在多种场合工作，是测量近距离大尺寸目标的重要方法之一。本设计应用于车载FMCW激光雷达数据处理部分，为提升FMCW激光雷达数据处理速度，特将快速傅里叶变换(FFT)模块硬件化。将FMCW激光雷达发射信号和接收信号混频后，进行傅里叶变换，傅里叶变换后的频率信息可反映被观测物体的距离和速度等信息，本设计重点在于数据处理和算法上的工作。
[0006]FMCW的数据处理核心主要是一个可配置的FFT模块，所有数据处理算法都基于FFT，若使用软件算法实现FFT，CPU会涉及大量的运算，系统速度会受到影响。如果使用硬件加速单元实现FFT模块，运算速度只取决于电路的复杂程度和时钟速度，速度会比软件实现快得多。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供了一种FMCW激光雷达数据处理方法及系统，应用于无人驾驶、工业控制、智能机器人和航空航天。ARM Cortex
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M3作为CPU协调系统运作，增加了ECC校验功以应对高辐射等复杂应用场景，提高系统的性能和可靠性。本系统能够实现1024
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16384点的可配置的FFT变换，将FMCW激光雷达发射信号和接收信号混频后，进行傅里叶变换，傅里叶变换后的频率信息可反映被观测物体的距离和速度等信息。本设计为雷达数据处理提
供硬件算法单元，实现FMCW激光雷达数据处理算法的硬件化。
[0008]为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
[0009]第一方面，本申请提供一种FMCW激光雷达数据处理方法，包括：
[0010]将FMCW激光雷达信号输入至ADC模数转换器，得到有符号定点数；
[0011]对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据；
[0012]根据所述频率信息得到所述FMCW激光雷达观测的物体信息，所述物体信息包括：所述FMCW激光雷达观测的物体距离以及物体速度。
[0013]优选地，所述对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据，包括：
[0014]对所述有符号定点数进行串并转换，得到并行数据；
[0015]对所述并行数据进行FFT变换，得到所述述FMCW激光雷达的频率数据。
[0016]优选地，所述对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据还包括：
[0017]对所述频率数据进行校验。
[0018]优选地，所述FMCW激光雷达数据处理还包括：
[0019]对所述FMCW激光雷达原始信号数据进行预处理，得到所述FMCW激光雷达信号，所述FMCW激光雷达原始信号数据为所述FMCW激光雷达发射信号与接收信号混频后的信号数据。
[0020]优选地，所述FMCW激光雷达数据处理还包括：
[0021]对所述频率数据进行筛选。
[0022]优选地，所述FFT变换采用基
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4蝶形运算，所述基
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4蝶形运算包括复数加法和复数乘法运算。
[0023]优选地，所述基
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4蝶形运算的复数乘法运算采用booth编码。
[0024]第二方面，本申请提供一种FMCW激光雷达数据处理系统，所述FMCW激光雷达数据处理系统包括：
[0025]模数转换单元：将FMCW激光雷达信号输入至ADC模数转换器，得到有符号定点数；
[0026]数据变换单元：对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据；
[0027]信息提取单元：根据所述频率信息得到所述FMCW激光雷达观测的物体信息，所述物体信息包括所述FMCW激光雷达观测的物体距离以及物体速度。
[0028]同时，本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法。
[0029]同时，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
[0030]由上述技术方案可知，本申请提供的一种FMCW激光雷达数据处理方法及系统，将FMCW激光雷达信号输入至ADC模数转换器，得到有符号定点数；对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据；根据所述频率信息得到所述FMCW激光雷达观测的物体信息，所述物体信息包括：所述FMCW激光雷达观测的物体距离以及物体速度。FMCW激光雷达可以同时直接测量运动目标的距离和速度，不需要快速的电子仪器。此外，调频连续波
激光雷达采用外差探测技术，可以避免来自环境或其他激光雷达的外部干扰。
[0031]为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本申请实施例中的一种FMCW激光雷达数据处理方法的流程示意图。
[0034]图2为本申请实施例中的基
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4蝶形计算示意图。
[0035]图3为本申请实施例中的ECC校验示意图。
[0036]图4为本申请实施例中的一种FMCW激光雷达数据处理系统的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FMCW激光雷达数据处理方法，其特征在于，包括：将FMCW激光雷达信号输入至ADC模数转换器，得到有符号定点数；对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据；根据所述频率信息得到所述FMCW激光雷达观测的物体信息，所述物体信息包括：所述FMCW激光雷达观测的物体距离以及物体速度。2.根据权利要求1所述的FMCW激光雷达数据处理方法，其特征在于，所述对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据，包括：对所述有符号定点数进行串并转换，得到并行数据；对所述并行数据进行FFT变换，得到所述述FMCW激光雷达的频率数据。3.根据权利要求2所述的FMCW激光雷达数据处理方法，其特征在于，所述对所述有符号定点数进行变换，得到所述FMCW激光雷达的频率数据还包括：对所述频率数据进行校验。4.根据权利要求1所述的FMCW激光雷达数据处理方法，其特征在于，所述FMCW激光雷达数据处理还包括：对所述FMCW激光雷达原始信号数据进行预处理，得到所述FMCW激光雷达信号，所述FMCW激光雷达原始信号数据为所述FMCW激光雷达发射信号与接收信号混频后的信号数据。5.根据权利要求4所述的FMCW激光雷达数据处理方法，其特征在于，所述FMCW激光雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明，张高宁，马云超，吕帅鑫，张野，何滇，宋子奇，田冀楠，李晴，翟世奇，王文强，查梦凡，高宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：