基于DSP的可组网线性调频连续波雷达信号处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DSP的可组网线性调频连续波雷达信号处理系统。该系统属于雷达信号处理技术领域，包括雷达传感器模块，用于产生、接收线性调频连续波并完成接收波的解调；回波调理模块，用于滤除雷达传感器模块泄露的电压干扰并为解调后波形增加增益；波形采集模块，用于对滤波后的接收波形进行数字采样；信号处理模块，用于提取数字波形采样数据种目标的距离、速度和角度信息；数据通信模块，用于完成雷达与上位机的通信；GPS模块，用于获取雷达工作时的时间和位置信息。本发明专利技术设计的雷达信号处理系统具有低功耗、低沉本、高集成、强适应性的特点，适用于小区和人行道等位置的监控。适用于小区和人行道等位置的监控。适用于小区和人行道等位置的监控。

【技术实现步骤摘要】
基于DSP的可组网线性调频连续波雷达信号处理系统


[0001]本专利技术属于雷达信号处理领域，特别涉及一种基于DSP的毫米波线性调频连续波雷达信号处理系统设计方法。

技术介绍

[0002]线性调频连续波雷达是连续波雷达的一种，相较于脉冲波体制雷达，连续波雷达具有构造简单、功耗低、无测量盲区等优点，适合探测低速近距离目标。线性调频指发射波频率随时间以线性规律变化。相较于未调制的连续波，线性调频连续波的时宽和带宽相互独立，因此可以同时具有大带宽与大时宽，在雷达探测信号理论中，大的时宽可以带来高速度分辨率，而大的带宽可以获得高距离分辨率。因此线性调频雷达可以同时具有良好的速度分辨率和距离分辨率，在探测中具有分辨率上的优势。而让线性调频连续波雷达工作在毫米波端，可以极大缩小雷达尺寸，从而提高雷达布设的灵活性。
[0003]线性调频连续波雷达的相关制造工艺在近年来也有了长足的发展，毫米波段的线性调频信号也可以方便地利用数字方法产生，如使用DDS控制锁相环或由DAC驱动VCO，都是常见的产生毫米波段线性调频信号的方法。这些特点使得线性调频信号在雷达探测中得到广泛的应用。
[0004]但是现有毫米波线性调频连续波雷达也具有一些不可忽视的缺陷。首先由于连续波雷达信号收发同时进行，会存在信号泄露的问题，这就使得接收信号会受发射信号的干扰。其次，常用的DDS控制锁相环产生线性调频信号的方式成本较高，而由DAC驱动VCO的方式则需要补偿VCO调谐特性的非线性度；最后，由于雷达发射功率较低，因此对远距离目标探测时接收波信噪比会较低，限制了雷达的探测范围。
[0005]因为单个线性调频连续波雷达存在的种种问题，本专利技术提出一种可组网的线性调频连续波雷达信号处理系统，雷达可以以组网的方式增大探测距离并获取目标运动轨迹。除此之外，该雷达系统对调频信号产生方式上进行了优化，在保证调频高线性的同时降低了成本，并加强了对信号增益的控制以便更灵活地根据目标调整雷达增益。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种高集成化、低功耗、低成本的可组网毫米波线性调频连续波雷达信号处理系统，主要应用于窄范围、近距离、慢速度的目标检测领域。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0008]一种基于DSP芯片的毫米波线性调频连续波雷达信号处理系统，包括雷达传感器模块、回波调理模块、片上波形采集模块、片上波形处理模块、GPS模块和数据通信模块。其中，雷达传感器模块用于根据上位机控制信息产生指定带宽和时宽的线性调频连续波施加指定增益，而后完成信号的发送与接收工作，输出差频信号到回波调理模块；回波调理模块用于将雷达传感器模块输出的波形进行进一步滤波，主要用于滤除电平干扰和高频噪声，也可以根据上位机控制信息调节接收信号的增益，方便信号的量化和采样；片上波形采集
模块用于完成模拟信号到数字信号的转换工作，其采样周期与雷达传感器模块的发射信号同步；片上波形处理模块首先对接收到的数据进行传输和重排，以获得数字信号矩阵，而后对矩阵进行动目标对消滤波、动目标检测、恒虚警检测和目标凝聚，获取目标信息；GPS模块，用于获取雷达位置和目标检测时间，从而完成对雷达组网功能的信息支持；数据通信模块，用于实现雷达控制信息从上位机到片上的传输和片上的目标信息到上位机的传输。
[0009]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0010]1)本专利技术雷达系统工作在毫米波波段，天线尺寸小，天线部署更为灵活；
[0011]2)雷达波形参数受上位机控制，可以根据组网需求变更载频，避免雷达间相互干扰；
[0012]3)雷达传感器和回波调理模块都可以根据需求配置回波放大倍数，增强了雷达探测不同目标的适应能力，扩展了雷达的适用面；
[0013]4)雷达传感器直接利用锁相环芯片在毫米波段随时间产生线性频率偏移，保证调频线性性能的同时，降低了系统成本；
[0014]5)雷达整体被划分为几个独立模块，便于修改和后续功能扩展；
附图说明
[0015]图1为线性调频连续波雷达系统的整体架构示意图
[0016]图2为回波调理模块流程图
[0017]图3为信号处理模块流程图
具体实施方式
[0018]下面结合说明书附图对本专利技术进行进一步说明。
[0019]如图1所示，本专利技术线性调频连续波雷达系统在片上包括两个并行部分，上半部分包含雷达传感器模块、回波调理模块、信号采集模块、信号处理模块，负责雷达信号的产生、采集与处理部分，下半部分为GPS模块，主要为雷达组网提供必要的信息支持。数据通信模块完成上述两片上部分与上位机的信息交互任务。
[0020]其中，雷达传感器模块负责根据上位机传达的波形控制信息初始化压控振荡器，产生特定形式和频率线性调频连续波，给信号施加增益后通过发射天线将信号辐射到空间中；同时传感器的接收天线也开始接收雷达回波，对回波进行预处理(包括与发射波混频和低通滤波)并输出差频信号至回波调理模块。本模块直接利用锁相环芯片产生时间
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频率偏移，来实现毫米波段的线性调频连续波，在保证调频线性性能的同时，降低了系统成本。
[0021]回波调理模块的职责为，对雷达传感器模块输出的带有干扰信号的波形进行去干扰处理。对雷达传感器模块泄漏的电压干扰可以采用低通滤波的方式实现，对带外噪声干扰，可以采用高通滤波的方式实现。系统利用该模块进一步减少发射波对接受波的干扰作用。并且，为了后续的信号采集模块能充分发挥采样性能，回波调理模块需要对回波进行放大，使得回波的幅度可以与模数转换器的量程匹配。由于雷达的应用场景不同，探测的目标不同，则雷达传感器模块输出的波形幅度也有相当大的差异，因此，为提高雷达部署的灵活性，此处的放大系数也需要可以根据实际应用要求变化。雷达回波调理模块的波形增益由上位机进行配置，在时序上与雷达传感器模块参数匹配同时发生。
[0022]波形采集模块沟通雷达信号处理的模拟和数字两个阶段，也是本专利技术确保雷达设计灵活性和集成化的重要组成。不同于经典的FPGA负责雷达模拟波形处理而DSP专精数字信号数据处理工作，本专利技术利用2837芯片的模数转换器外设，直接在DSP片上完成对回波的采样工作。芯片模数转换器的保持转换可以实现14位的高精度波形采样工作，足以满足本专利技术要求并很好地保持了雷达设计的便携与一体化。
[0023]信号处理模块的核心任务为数字信号的处理，为支持这一功能，需要将数据以特定形式进行组织后作为函数输入，即数据重排工作。为充分发挥CPU的计算能力，数据的重排不通过CPU对外存或寄存器的读写来实现，而是通过硬件中断加上直接存储器访问(DMA)完成，从而CPU可以集中处理动目标指示、动目标检测、恒虚警检测与目标凝聚工作。在完成上述数字信号处理步骤后，便可以得到本轮扫描待测目标的距离与速度信息。
[0024]GPS模块，用于获得雷达绝对位置和测量时刻，以支持雷达组网的信息需求。
[0025]数据通信模块，负责组网雷达的内部通信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明是一种基于DSP的可组网线性调频连续波雷达信号处理系统(以下简称系统)。系统在DSP芯片上利用二维傅里叶变换对数字输入信号进行处理，而后将处理结果经过单元平均恒虚警后，进行目标凝聚，获得探测目标的距离、速度和角度信息。最后，将信息与GPS模块的雷达信息打包，以特定的格式发送给上位机。系统特征在于，系统将雷达探测过程划分为雷达波形发生和采集、模拟滤波、信号采样、数字信号处理和上位机通信这些不同部分，并设计不同模块分别完成各部分的功能，包括雷达传感器模块、回波调理模块、片上波形采集模块、片上波形处理模块和数据通信模块。这些模块相互独立，如后续需要对雷达功能进行进一步调整，只需对相应模块进行改动即可，极大方便了后续的功能扩展与修改需求。2.根据权利要求1所述的基于DSP的线性调频连续波雷达信号处理系统，其特征在于雷达传感器模块产生线性调频连续波的方式。雷达传感器模块利用频率合成芯片的扫频功能产生线性调频连续波信号，在保证线性调频信号频率变化高线性度的同时，节约了DDS的成本。3.根据权利要求1所述的基于DSP的线性调频连续波雷达信号处理系统，其特征在于雷达波形参数和增益可以由上位机在一定范围内自由配置，因此雷达组网后雷达可以使用频分的方式避免接收互相干扰。4.根据权利要求1所述的基于DSP的线性调频连续波雷达信号处理系统，其特征在于雷达具有强大的适应性。...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏卫民，焦阳，顾红，
申请(专利权)人：南京恒河科翼电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：