【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及连续波多普勒雷达的信号校准，具体地，涉及一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统及方法。尤其涉及一种基于相对运动的连续波多普勒雷达(cw)的正交不平衡和直流偏移校准方法和系统。
技术介绍
1、连续波多普勒雷达(cw)由于高灵敏度和细微位移运动监测的优势，在心跳和呼吸的生命体征监测、结构振动、人类活动以及微多普勒目标探测和识别领域发挥着重要作用，然后由于周围静态杂波干扰和硬件缺陷，雷达的i/q基带信号往往存在正交不平衡和直流偏移导致相位解调的严重失真。因此，如何精确、实用并且可靠地对上述缺陷进行校准和补偿，对于提高微波测量的精度和可靠性具有重要意义。
2、目前常用的方法是采用椭圆拟合对正交不平衡系数进行测量并通过正交化方法进行校准，之后通过圆拟合的方法来估计i/q信号轨迹的圆心作为直流偏移分量。然后，由于拟合方法对曲线弧长有着严格要求，正交不平衡的校准往往单独需要设计特定的测量目标和环境，这会大大增加信号校准的复杂度。另一方面，现有方法往往都是针对远场测量目标的信号校准，对于一些特殊场景如旋转机械的叶片的状态监测不满足远场测量的条件，此时雷达的基带信号会存在严重的幅值调制，导致传统的椭圆拟合和圆拟合的校准方法失效。
3、因此，如何实现正交不平衡和直流偏移在同一测试场景并且不局限于远场条件下的校准具有迫切的需求，也是该
人们追求的目标。
4、现有的椭圆拟合方法和圆拟合方法对曲线的弧长和目标的距离有着严格的要求，只有在单独设计的特定运动的目标和测量环境下才能实现准确的正交不
5、综上所述，市场上需要一种能够实现在同一测量场景下正交不平衡和直流偏移的校准，不需要单独设计特定运动的目标和测量环境，降低信号校准的复杂度的一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统及方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统及方法。
2、根据本专利技术提供的一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，包括：雷达输出的基带信号采集模块、相对运动的控制模块、正交不平衡和直流偏移的信号校准模块；
3、所述相对运动的控制模块通过控制使雷达相对于待测目标在预设的待测距离做匀速直线运动，进而所述雷达输出的基带信号采集模块采集待测目标的待校准的i/q两路基带信号，并将采集到的基带信号发送至所述正交不平衡和直流偏移的信号校准模块进行校准，进而得到完成正交不平衡和直流偏移校准的基带信号。
4、优选地，所述雷达输出的基带信号采集模块包括微波收发器、数据采集单元和控制器；
5、所述微波收发器用于测量并且存在正交不平衡的连续波多普勒雷达；
6、所述数据采集单元采集由所述微波收发器输出的待校准的i/q两路基带信号，并传输给所述信号校准模块；
7、所述控制器用于控制待校准的微波收发器的信号发射、接收以及数据采集单元的信号采集和传输。
8、优选地，在信号校准中，微波收发器和待测目标之间存在相对运动，向目标发射电磁波并接收回波信号，输出i/q两路待校准的基带信号。
9、优选地，所述相对运动的控制模块包括电动滑台和控制器；
10、所述微波收发器固定在电动滑台上用于实现相对于目标的匀速直线运动；
11、所述控制器用于控制滑台的运动速度和运动距离。
12、优选地，所述正交不平衡和直流偏移的信号校准模块包括处理器；
13、所述处理器利用采集到的待校准的i/q两路基带信号，计算幅值不平衡系数和相位不平衡系数，对基带信号校准正交不平衡，以及提取待测距离附近的圆心作为最终的直流偏移分量。
14、根据本专利技术提供的一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准方法，采用所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，校准方法包括：
15、步骤s1：使雷达相对于待测目标在待测距离附近做匀速直线运动，采集雷达输出的基带信号；
16、步骤s2：利用所述基带信号计算幅值不平衡和相位不平衡系数，对基带信号的正交不平衡进行校准；
17、步骤s3：利用分段圆拟合的方法对基带信号的圆心进行拟合，以待测距离附近的圆心作为最终的直流偏移，并从基带信号中剔除；
18、步骤s4：通过所述幅值不平衡、相位不平衡系数和所述最终的直流偏移对实际采集的基带信号进行校准，得到最终完成正交不平衡和直流偏移校准的基带信号。
19、优选地，所述步骤s2包括：
20、步骤s2.1：对基带信号进行差分，除去直流分量的干扰，计算公式如下：
21、
22、
23、式中，表示基带信号的差分，da(t)表示幅值的差分，k表示幅值不平衡系数，λ表示载波波长，v表示相对运动的速度，表示叠加合成后的复矢量的相位，δφ表示相位不平衡系数，a(t)表示信号幅值；
24、步骤s2.2：对所述基带信号的差分进行hilbert变换，公式如下：
25、
26、
27、式中，表示基带信号差分的hilbert变换结果；
28、步骤s2.3：分别构造i/q通道基带信号的解析信号，根据复矢量叠加原理简化结果，公式如下：
29、
30、
31、
32、
33、式中，si,sq表示i/q通道基带信号的解析信号，j表示虚数单位，a1(t),a2(t)表示两个初始复矢量的幅值，a3(t)表示叠加合成后的复矢量的幅值，表示叠加合成后的复矢量的相位。
34、步骤s2.4：根据解析信号的幅值和相位计算幅值不平衡系数和相位不平衡系数，计算公式如下：
35、k＝|si|/|sq|
36、
37、式中，|·|表示取模运算，arg[·]表示取相角运算，k表示幅值不平衡系数，δφ表示相位不平衡系数；
38、步骤s2.5：利用gram-schmidt正交化方法对基带信号的正交不平衡进行校准，公式如下：
39、
40、式中，ic(t),qc(t)表示正交不平衡校准后的基带信号，表示正交不平衡校准后的直流偏移，相比于之前发生了改变。
41、优选地，所述步骤s3包括：
42、步骤s3.1：以固定的窗长对正交不平衡校准后的基带信号进行分段，如下式所示：
43、<ic(1:n),qc(1:n)>＝{(i1,q1),(i2,q2)...(in,qn)}
44、式中，n表示每段的窗长，(in,qn)表示第n个数据点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，包括：雷达输出的基带信号采集模块、相对运动的控制模块、正交不平衡和直流偏移的信号校准模块；
2.根据权利要求1所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，所述雷达输出的基带信号采集模块包括微波收发器、数据采集单元和控制器；
3.根据权利要求2所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，在信号校准中，微波收发器和待测目标之间存在相对运动，向目标发射电磁波并接收回波信号，输出I/Q两路待校准的基带信号。
4.根据权利要求1所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，所述相对运动的控制模块包括电动滑台和控制器；
5.根据权利要求1所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，所述正交不平衡和直流偏移的信号校准模块包括处理器；
6.一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，校准方法包括：
7.根
8.根据权利要求6所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至8中任一项所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至8中任一项所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，包括：雷达输出的基带信号采集模块、相对运动的控制模块、正交不平衡和直流偏移的信号校准模块；
2.根据权利要求1所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，所述雷达输出的基带信号采集模块包括微波收发器、数据采集单元和控制器；
3.根据权利要求2所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，在信号校准中，微波收发器和待测目标之间存在相对运动，向目标发射电磁波并接收回波信号，输出i/q两路待校准的基带信号。
4.根据权利要求1所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，所述相对运动的控制模块包括电动滑台和控制器；
5.根据权利要求1所述的基于相对运动的正交不平衡和直流偏移校准系统，其特征在于，所述正交不平衡和直流偏移的信号校准模块包括处理器...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊玉勇，李伟涛，彭志科，孟光，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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