CN102854512A - 激光多普勒测速的信号处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光多普勒测速的信号处理方法及装置，能够在低信噪比的情况下得到较好的激光测速结果，该方法包括：在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，采集被测速物体返回来的激光回波信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中；通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到该环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，并将所述多普勒频移带入多普勒频移与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。

Description

激光多普勒测速的信号处理方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种激光多普勒测速的信号处理方法及装置。
背景技术
当单频的激光源与探测器处于相对运动状态时，探测器所接收到的光频率是变化的。当光源固定时，光波从运动的物体散射或反射并由固定的探测器接收时，也可观察到这一现象，这就是多普勒效应。多普勒频移与物体运动速度的关系为：
V≡λ×fd/2×cosθ
其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。这就是多普勒测速的基本原理。
由于多普勒测速仪具有多年的发展历史，随着科技的进步，信号处理方法也在不断的改进，有频谱分析法，频率跟踪法，计数型处理法，滤波器组，光子相关频谱法，数字相关信号处理，数字快速傅里叶变换信号处理法等等。
但是上述方法均不能很好的在低信噪比的情况下进行激光测速。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种激光多普勒测速的信号处理方法及装置，用以解决现有技术中在低信噪比的情况下不能很好的进行激光测速的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种激光多普勒测速的信号处理方法，该方法包括：
在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，所述环形储存结构与所述线列存储结构一一对应，其中，N远大于M；
采集被测速物体返回来的激光回波信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中；
通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到该环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，并将所述多普勒频移带入多普勒频移与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。
优选地，将所述多普勒频移带入多普勒频移与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度的步骤具体包括：
将得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度，其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。
优选地，通过线列存储结构对与其相对应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到该环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移的步骤具体包括：
将第一环形储存结构从1到M的数据复制到第一线列存储结构，进行傅里叶变换，得到结果记为R1；
然后将所述第一环形存储结构从2到M+1的数据复制到所述第一线列存储结构，并进行傅里叶变换，得到结果为R2；
依此类推，对所述第一环形存储结构上的数据进行滑动取数，依次得到R3、R4……RN-M；
在R1、R2、R3、R4……RN-M的结果中找到幅度最大值对应的频率，作为所述第一环形存储结构的多普勒频移。
本发明还提供了一种激光多普勒测速的信号处理装置，该装置包括：
探测器，用于采集被测速物体返回来的激光回波信号数据，将该信号数据发送给服务器；
服务器，用于在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，所述环形储存结构与所述线列存储结构一一对应，其中，N远大于M；并接收所述探测器发送来的所述信号数据，并将所述信号数据按时间顺序存储在环形存储结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中，通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，将所述多普勒频移带入多普勒与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。
优选地，所述服务器还用于，将得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度，其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。
优选地，所述服务器还用于，将第一环形储存结构从1到M的数据复制到第一线列存储结构，进行傅里叶变换，得到结果记为R1；然后将所述第一环形存储结构从2到M+1的数据复制到所述第一线列存储结构，并进行傅里叶变换，得到结果为R2；依此类推，对所述第一环形存储结构上的数据进行滑动取数，依次得到R3、R4……RN-M；在R1、R2、R3、R4……RN-M的结果中找到幅度最大值对应的频率，作为所述第一环形存储结构的多普勒频移。
本发明有益效果如下：
本发明提供的一种激光多普勒测速的信号处理方法及装置，将采集到的信号数据存储在环形存储结构内，然后通过线列存储结构分别对每一个所述环形储存结构上的所述信号数据依次做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，将所述多普勒频移带入多普勒与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。通过本发明的信号处理方法大大提高了信号探测的概率，保证在信号脱落率很高的条件下仍然能从信噪比比较低的激光回波中提取信号，得到较准确的测速结果。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例1的激光多普勒测速的信号处理方法的流程图；
图2为本发明实施例2的激光多普勒测速的信号处理方法的流程图；
图3为本发明实施例3激光多普勒测速的信号处理的示意图；
图4为本发明实施例4激光多普勒测速的信号处理的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例1
本发明实施例提供了一种激光多普勒测速的信号处理方法，参见图1，该方法包括：
S101、在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，所述环形储存结构与所述线列存储结构一一对应，其中，N远大于M；
S102、采集被测速物体返回来的激光回波的信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中；每一个所述环形储存结构对应一个线列存储结构；
S103、通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到该环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移；
S104、将所述多普勒频移带入多普勒与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。
本发明实施例提供的一种激光多普勒测速的信号处理方法，将采集到的信号数据存储在环形存储结构内，然后通过线列存储结构分别对每一个所述环形储存结构上的所述信号数据依次做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，将所述多普勒频移带入多普勒与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。通过本发明的信号处理方法大大提高了信号探测的概率，保证在信号脱落率很高的条件下仍然能从信噪比比较低的激光回波中提取信号，得到较准确的测速结果。
实施例2
本发明实施例提供了一种激光多普勒测速的信号处理方法，参见图2，该方法包括：
S201、在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构；其中，N远大于M，K、N和M均为自然数；
S202、采集被测速物体返回来的激光回波的信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中；
S203、将第一环形储存结构从1到M的数据复制到第一线列存储结构，进行傅里叶变换，得到结果记为R1；例如，第一线列存储结构设有5个数据的存量，从起始信号数据开始，向下到第5个数据，将这5个数据复制到第一线列存储结构，其中环形储存结构和该次的取出的数据具体如图4所示；
S204、清空所述第一线列存储结构上的信号数据；
S205、将所述第一环形存储结构从2到M+1的数据复制到所述第一线列存储结构，并进行傅里叶变换，得到结果为R2；例如，第一线列存储结构设有5个数据的存量，第二次取数时，从起始信号数据的第二个信号数据开始，向下到第6个数据，具体如图4所示；
S206、清空所述第一线列存储结构上的信号数据；
S207、按照S203的方法依次对所述第一环形存储结构上的数据进行滑动取数，依次得到R3、R4……RN-M；
S208、在R1、R2、R3、R4……RN-M的结果中找到幅度最大值对应的频率，作为所述第一环形存储结构的多普勒频移；
S209、按S203-S208的方法，同时对第二环形存储结构、第三环形存储结构....第K环形存储结构分别用与其相对应的线列存储结构进行滑动取数和傅里叶变换，得到第二环形存储结构、第三环形存储结构....第K环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为各个环形存储结构的多普勒频移；
其中所述形存储结构与所述线列存储结构是一一对应的关系；
S2010、将上述得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度，其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。
本发明实施例提供的一种激光多普勒测速的信号处理方法，通过在内存中设置多个环形储存结构和线列存储结构，用线列存储结构分别对环形存储结构进行滑动取数，并对线列存储结构进行傅里叶变换，得到每一个环形存储结构的幅度最大值对应的频率，作为各个环形存储结构的多普勒频移，将得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度。通过本发明的信号处理方法大大提高了信号探测的概率，保证在信号脱落率很高的条件下仍然能从信噪比比较低的激光回波中提取信号，得到较准确的测速结果，而且，通过本发明在内存中设置多个环形储存结构和线列存储结构，同时进行滑动取数和傅里叶变换，与现有技术相比本发明可实现更大量信号数据量的计算，而且需要的运算时间较短。
实施例3
本发明实施例提供了一种激光多普勒测速的信号处理装置，参见图3，包括：
探测器31，用于采集被测速物体返回来的信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内；
服务器32，用于在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，所述环形储存结构与所述线列存储结构一一对应，其中，N远大于M；并接收所述探测器发送来的所述信号数据，并将所述信号数据按时间顺序存储在环形存储结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中，通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，将所述多普勒频移带入多普勒与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。
本发明实施例提供的一种激光多普勒测速的信号处理装置，探测器将采集到的信号数据存储在环形存储结构内，然后服务器通过线列存储结构分别对每一个所述环形储存结构上的所述信号数据依次做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，并将得到的多普勒频移带到V≡λ×fd/2×cosθ中，从而得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度。通过本发明的信号处理装置大大提高了信号探测的概率，保证在信号脱落率很高的条件下仍然能从信噪比比较低的激光回波中提取信号，得到较准确的测速结果。
实施例4
本发明实施例提供了一种激光多普勒测速的信号处理装置，包括：
探测器，用于采集被测速物体返回来的信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内；
服务器，用于在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构；其中，N远大于M；K、N和M为自然数，将第一环形储存结构从1到M的数据复制到第一线列存储结构，进行傅里叶变换，得到结果记为R1；然后将所述第一环形存储结构从2到M+1的数据复制到所述第一线列存储结构，并进行傅里叶变换，得到结果为R2；依此类推，对所述第一环形存储结构上的数据进行滑动取数，依次得到R3、R4……RN-M；在R1、R2、R3、R4……RN-M的结果中找到幅度最大值对应的频率，作为所述第一环形存储结构的多普勒频移；按上述方法，同时对第二环形存储结构、第三环形存储结构....第K环形存储结构分别用与其相对应的线列存储结构进行滑动取数和傅里叶变换，得到第二环形存储结构、第三环形存储结构....第K环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为各个环形存储结构的多普勒频移；其中所述形存储结构与所述线列存储结构是一一对应的关系；将上述得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度，其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。
综上所述，本发明实施例提供了一种激光多普勒测速的信号处理方法及装置，将采集到的信号数据存储在环形存储结构内，然后通过线列存储结构分别对每一个所述环形储存结构上的所述信号数据依次做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，并将得到的多普勒频移带到V≡λ×fd/2×cosθ中，从而得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度。通过本发明的信号处理方法大大提高了信号探测的概率，保证在信号脱落率很高的条件下仍然能从信噪比比较低的激光回波中提取信号，得到较准确的测速结果。而且，本发明通过在内存中设置多个环形储存结构和线列存储结构，同时进行滑动取数和傅里叶变换，与现有技术相比可实现更大量信号数据量的计算，而且并行运算的速度较高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种激光多普勒测速的信号处理方法，其特征在于，包括：
在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，所述环形储存结构与所述线列存储结构一一对应，其中，N远大于M；
采集被测速物体返回来的激光回波信号数据，将该信号数据按时间顺序存储在环形储存结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中；
通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到该环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，并将所述多普勒频移带入多普勒频移与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述多普勒频移带入多普勒频移与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度的步骤具体包括：
将得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度，其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过线列存储结构对与其相对应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到该环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移的步骤具体包括：
将第一环形储存结构从1到M的数据复制到第一线列存储结构，进行傅里叶变换，得到结果记为R1；
然后将所述第一环形存储结构从2到M+1的数据复制到所述第一线列存储结构，并进行傅里叶变换，得到结果为R2；
依此类推，对所述第一环形存储结构上的数据进行滑动取数，依次得到R3、R4……RN-M；
在R1、R2、R3、R4……RN-M的结果中找到幅度最大值对应的频率，作为所述第一环形存储结构的多普勒频移。
4.一种激光多普勒测速的信号处理装置，其特征在于，包括：
探测器，用于采集被测速物体返回来的激光回波信号数据，将该信号数据发送给服务器；
服务器，用于在内存中设置K个容量为N个数据的环形储存结构和K个容量为M个数据的线列存储结构，所述环形储存结构与所述线列存储结构一一对应，其中，N远大于M；并接收所述探测器发送来的所述信号数据，并将所述信号数据按时间顺序存储在环形存储结构内，一个环形储存结构存满后，将所述信号数据存储到下一个环形储存结构中，通过线列存储结构对与其相应的所述环形储存结构上的所述信号数据做滑动取数，并对线列存储结构上的信号数据进行傅里叶分析，得到每一个所述环形存储结构中幅度最大值对应的频率，作为多普勒频移，将所述多普勒频移带入多普勒与物体运动速度的关系式中计算物体的运动速度。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述服务器还用于，将得到的多普勒频移带入V≡λ×fd/2×cosθ式中，得到带有所述信号数据采集时间标记的物体移动的速度，其中v为物体移动的速度，λ为波长，fd为多普勒频移，θ为激光波束方向与目标运动方向的夹角。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，
所述服务器还用于，将第一环形储存结构从1到M的数据复制到第一线列存储结构，进行傅里叶变换，得到结果记为R1；然后将所述第一环形存储结构从2到M+1的数据复制到所述第一线列存储结构，并进行傅里叶变换，得到结果为R2；依此类推，对所述第一环形存储结构上的数据进行滑动取数，依次得到R3、R4……RN-M；在R1、R2、R3、R4……RN-M的结果中找到幅度最大值对应的频率，作为所述第一环形存储结构的多普勒频移。
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