一种基于同步脉冲的LFMCW雷达调频区间自动区分方法与流程

技术领域：

本发明属于信号处理技术，具体涉及信号同步技术。

背景技术：
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lfmcw(线性调频连续波)雷达因其测量精度高、不会引入模糊距离的优点而常被应用到目标距离测量中。发射机产生连续高频等幅波，发射频率随着时间线性变化，一般按照三角形规律变化。目标的回波与发射波形直接进行混频，因回波与发射波形之间的时间差，以及线性调频的原因，混频后所得的差拍信号将是频率与目标距离线性有关的信号，即可利用差拍信号的频率对目标进行测距。

对于运动目标，因回波信号频率叠加多普勒频移，使得仅用单段差拍信号无法准确测得目标的距离，例如三角形调制正斜率段所得的差拍信号。这时候则需要利用三角形调制负斜率段所得的差拍信号，与正斜率段所得差拍信号联合求解，来解出目标距离以及速度。而在多目标测量中，仅靠正负斜率段进行距离速度的测量会引入复杂的距离速度解耦合的计算，所以可以引入一段恒定频率信号来专门测量速度引起的多普勒频率，为方便阐述，本文用“三段调频lfmcw雷达”以表述采用这种调频规律的lfmcw雷达。

以上三段调频区间的差拍信号需要分别采样并准确区分开，才能在之后的求解中正确应用。而在实际应用中，以上三段发射信号各自所持续的时间相同，且三段发射信号持续地进行发射，这造成我们无法区分出不同发射区间对应的回波信号。为了解决这一问题，现在提出一种基于新型同步脉冲信号的三段差拍信号区间自动区分的方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，使得lfmcw雷达所得的三段差拍信号可以在采样后被处理机自动同步并区分，无需人为进行对准。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于新形式同步脉冲信号的自动区分方法。

对于常规的三段调频lfmcw雷达，在每一段的起始时刻会有一个同步脉冲信号产生，此信号一般作为同步标志来告诉处理机某段信号已经开始，每一个同步脉冲就会触发一次差拍信号的采样。但是因为三段调频lfmcw雷达中各调频区间时间相同，这使得同步脉冲间间隔时长一致，在处理机看来每一个同步脉冲毫无差别，这使得处理机无法自动对所采样的差拍信号进行区分同步。如图1所示。

为了实现处理机对三段差拍信号的自动区分同步，在原形式同步脉冲信号基础上进行一些改进，并基于这种新型同步脉冲形式，提出一种基于同步脉冲的lfmcw雷达调频区间自动区分方法，该方法包括：

步骤1：将三段调频lfmcw雷达发射信号的恒定频率段分为两段，这样雷达发射信号包括：1t的正斜率段，1t的负斜率段，第一t/2的恒定频率段，第二t/2的恒定频率段，每段信号的起始时刻设置同步脉冲信号，并且，在处理机中引入状态计数器，包括三个状态：状态1对应正斜率段差拍信号，状态2对应负斜率段差拍信号，状态3对应恒定频率段差拍信号；

步骤2：当处理机接收到同步脉冲信号时，则对三段调频lfmcw雷达的差拍信号进行采样，采样时长ts与三段调频lfmcw雷达的每段持续时间t之间，满足t/2<ts<t的关系；

步骤3：对每次处理机接收到的同步脉冲信号进行响应，响应时做以下判断：当前是否有正在进行的差拍信号的采样；

步骤4：如果步骤3中判断得出当前没有正在进行的差拍信号采样，则将状态计数器状态加1，并返回步骤2；

步骤5：如果步骤3中判断得出当前有正在进行的差拍信号采样，则进行同步区分，标定出下一次同步脉冲来临时所开始采样的差拍信号为正斜率段的差拍信号，将状态计数器置为状态1，并返回步骤2。

状态判断的流程图如图3所示。

本发明的有益效果是：

无需人为进行同步区分，仅靠处理机对当前采样状态的判断自动进行三段差拍信号的同步区分，实现自动化区分。

当系统内部出现异常时，如发生三段差拍信号的同步发生错位，此方法也可以起到自动纠错的作用，可以迅速重新对三段差拍信号进行同步区分。

易于实现，稳定性高，适用于实时信号处理当中。

附图说明

图1为一般的三段调频lfmcw雷达频率的调制波形以及同步脉冲信号；

图2为三段调频lfmcw雷达频率的调制波形以及改进后的同步脉冲信号；

图3为该自动同步区分方法的流程图；

图4为adf4159产生的ramp信号简单示意图；

图5为具体实施方式中adf4159所产生的调频信号以及改进后的同步脉冲信号。

具体实施方式

按照图3的流程图，基于adi公司的blackfin706以及adf4159和adf5901搭建平台进行实验。

adf4159是带鉴相器的波形发生器，adf5901是压控振荡器，两者外加一个环路滤波系统即可组成一个锁相环路，以产生所需的三段调频lfmcw发射信号，频率范围为24ghz～24.25ghz。对于adf4159，其最多可以同时产生两种不同斜率的三角波作为调频控制信号，可通过分别对adf4159的ramp1和ramp2进行配置和使能来实现，其中ramp1为默认使能，ramp2可选使能，每个ramp分为前后两段，每一段调频控制信号产生结束时，会同时在adf4159的muxout引脚产生一个脉冲信号，如图4所示。bf706为处理机进行信号处理，采样频率为900khz，差拍采样信号用dma通道进行传输。有如下步骤：

步骤1：配置adf4159的ramp1为三角波，设置正斜率段和负斜率段持续时间t均为10ms，并且使能ramp2，配置ramp2为斜率为0的三角波，设置该三角波前后两段的持续时间均为t/2即5ms，即可产生如图2中改进形式的同步脉冲信号；

步骤2：bf706接收同步脉冲信号，每接收到一次同步脉冲即产生一次中断，在该中断里完成采样传输状态的判断。采样点数为8192点，即ts为9.1ms，满足t/2<ts<t的关系；

步骤3：进入中断后对采样传输的dma状态寄存器的传输状态位进行查询；

步骤4：如果步骤3中对应位查询得出当前没有正在进行的dma传输，则将之前dma所接收到的数据存入当前状态计数器状态所对应的数据数组中，并将状态计数器状态加1，返回步骤2；

步骤5：如果步骤3中对应位查询得出当前有正在进行的dma传输，则将状态计数器状态置为状态1，以标志下一个中断到来时所接收到的dma传输数据为正斜率段的差拍采样信号，返回步骤2。

经过实验验证，该同步方法确实可以达到自动同步区分的作用，事实上只要满足了t/2<ts<t的关系，均可以实现对三段差拍信号采样波形的自动同步区分。

技术特征：

技术总结
该发明公开了一种基于同步脉冲的LFMCW雷达调频区间自动区分方法，属于信号处理技术，具体涉及信号同步技术。本发明将三段调频LFMCW雷达发射信号修改为四段包括：1T的正斜率段，1T的负斜率段，第一T/2的恒定频率段，第二T/2的恒定频率段，每段信号的起始时刻设置同步脉冲信号，并且，在处理机中引入状态计数器，从而实现发明目的。具有的效果包括：无需人为进行同步区分，仅靠处理机对当前采样状态的判断自动进行三段差拍信号的同步区分，实现自动化区分；当系统内部出现异常时，如发生三段差拍信号的同步发生错位，此方法也可以起到自动纠错的作用，可以迅速重新对三段差拍信号进行同步区分；易于实现，稳定性高，适用于实时信号处理当中。

技术研发人员：邹林;汪意焙;魏鹏;姜帅龙;周云;钱璐;汪学刚
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.07.21
技术公布日：2018.01.12