CN109765533A - 一种通道实时校准方法及系统及成像设备、检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种通道实时校准方法及系统及成像设备、检测设备，其方法包括以下步骤：取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波；通过所述直达波对所述通道进行校准。由于直达波是从原接收信号中得到，因此直达波与原接收信号来源于同一个通道，所以每一个通道的直达波和原接收信号的幅度、相位、时延也完全一致，完全满足了通道一致性校准的要求，从而在校准时避免了通道不一致所带来误差，提高了校准精确度；并且通过一条通道即可实现校准，不必再设置参考通道，其直达波的分离和校准均可由软件实现，不必增加额外的硬件设备，使校准更加方便。

Description

一种通道实时校准方法及系统及成像设备、检测设备

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种通道实时校准方法及系统及成像设备、检测设备。

背景技术

目前的通道校准需要在接收通道之外再设置一个参考通道，通过参考通道的参考信号对实际接收通道进行校准，但是由于参考通道与实际接收通道的幅度、相位、时延存在一定程度的不一致，在校准时会带来的误差；而且该校准方法引入了参考通道，校准起来非常不便；并且无法实现实时校准。

综上所述，现有的通道校准方法存在无法实时校准、校准不便、具有误差等缺陷。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种通道实时校准方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种通道实时校准方法，包括以下步骤：

获取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波。

通过所述直达波对所述通道进行通道校准。

本发明的有益效果是，通过从一通道中的接收信号中分离出直达波，再通过直达波进行通道校准，由于直达波是从原接收信号中得到，因此直达波与原接收信号来源于同一个通道，所以直达波和原接收信号的幅度、相位、时延也完全一致，完全满足了通道一致性的校准要求，从而在校准时避免了通道不一致所带来误差，提高了校准精确度；并且通过一条接收通道即可实现自我校准，不必再设置参考通道，其直达波的分离和校准均可由软件实现，不必增加额外的硬件设备，使校准更加方便；而且校准过程可实时进行，不存在校准间隔电气参数漂移的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述从所述接收信号中分离出直达波的具体实现为：

通过数字滤波从所述接收信号中分离出所述直达波。

采用上述进一步方案的有益效果是，由于接收信号中的直达波和目标回波的中频频率或时延不同，可以通过数字滤波直接分离出直达波。

进一步，所述从所述接收信号中分离出直达波具体包括如下步骤：

对所述接收信号进行快速傅立叶变换，得到变换后的接收信号。

通过预设置的频域窗从所述变换后的接收信号选取出频域的直达波。

对所述频域的直达波进行逆快速傅立叶变换，得到所述直达波。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过将接收信号转换到频域后再选取出直达波，可以使用快速傅里叶变换来减少运算量提高处理速度。

进一步，在所述对所述通道进行通道校准之前，还包括：

对所述接收信号进行延迟补偿处理。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过对接收信号进行延迟补偿处理，可进一步保证接收信号与直达波在时间上的一致性，从而提高校准的准确度。

本发明为了解决上述技术问题还提供一种通道实时校准系统。

其技术方案为：一种通道实时校准系统，包括：

分离模块，用于获取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波。

校准模块，用于通过所述直达波对所述通道进行通道校准。

进一步，所述分离模块具体用于通过数字滤波从所述接收信号中分离出所述直达波。

进一步，所述分离模块包括：

傅里叶变换单元，用于对所述接收信号进行快速傅立叶变换，得到变换后的接收信号。

选取单元，用于通过预设置的频域窗从所述变换后的接收信号选取出频域的直达波。

逆傅里叶变换单元，用于对所述频域的直达波进行逆快速傅立叶变换，得到所述直达波。

进一步，所述校准模块还用于对所述接收信号进行延迟补偿处理。

本发明为了解决上述技术问题还提供一种成像设备，包括上述的通道实时校准系统。

本发明为了解决上述技术问题还提供一种雷达检测设备，包括上述的通道实时校准系统。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种通道实时校准方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的现有的具有校准功能的成像设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的应用本校准方法实现校准的成像设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的通过数字滤波方法分离直达波方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的通过FFT在频域加窗选取直达波方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种通道实时校准系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、参考时钟，2、触发控制器，3、频率扫描控制器，4、第一线性调频源，5、第二线性调频源，6、发射开关，7、接收开关，8、第一路径，9、第二路径，10、目标，11、第三路径，12、发射天线阵，13、接收天线阵，14、接收混频器，15、参考混频器，16、接收滤波器，17、参考滤波器，18、接收ADC，19、参考ADC，20、通道校准器，21、成像处理器，22、校准平面，24、延迟补偿器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种通道实时校准方法，包括：

获取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波。

通过所述直达波对所述通道进行通道校准。

需要说明的是，直达波为不经目标反射，直接由发射端耦合(馈送)至接收端的信号波形。直达波可包括发射天线口和接收天线口之间的耦合波，也可包括从发射通道经空间耦合、耦合器、电缆、介质等单独或组合而成的馈通路径传输的信号波形。其中，需注明的是，通过增加空间耦合、耦合器、电缆、介质等均不影响其分离和利用直达波的性质。

需要说明的是，本发明实施例所提及通道校准具体为包括幅度、相位、时延校准。

具体而言：例如对于复数信号：A*exp(j*y)，

其幅度修正即K1*A*exp(j*y)；其中，K1为幅度修正系数。

其相位修正即A*exp(j*y)*exp(j*K2)；其中，K2为相位修正系数。

其时延修正即A*exp(jy)*exp(-j*K3*2*pi*f)；其中，K3为时延修正系数。以上所述的通道校准为现有校准方法，而本方案保护重点在于用接收信号中的直达波进行通道校准，不在于通道校准本身，故不在此赘述。

在实际应用场景中，以本通道实时校准方法应用于成像设备为例进行说明：

如图2所示,现有的具有校准功能的成像设备包括参考时钟1，触发控制器2、频率扫描控制器3、第一线性调频源4、第二线性调频源5、发射开关6、接收开关7、发射天线阵12、接收天线阵13、接收混频器14、参考混频器15、接收滤波器16、参考滤波器17、接收ADC18、参考ADC19、通道校准器20、成像处理器21、校准平面22。

其设备工作时，通过放置校准平板22取代目标10，采集接收信号和参考信号，并根据参考信号和接收信号计算误差，根据误差生成校准数据并存储到校准数据库23。

在成像过程中，通道校准器从接收ADC18获得接收信号，从参考ADC19获取参考信号，从校准数据库23中的校准数据，再通过接收信号、参考信号和校准数据进行通道校准，以得到校准后的数据，再将校准后的发送到成像处理器以完成成像。

而应用本校准方法实现校准的成像设备，如图3所示，只包括了图2中的参考时钟1、触发控制器2、频率扫描控制器3、第一线性调频源4、第二线性调频源5、发射开关6、接收开关7、发射天线阵12、接收天线阵13、接收混频器14、接收滤波器16、接收ADC18、通道校准器20、成像处理器21。与现有的具有校准功能的成像设备相比，只在接收ADC18和通道校准器20之间多了一个延迟补偿器24。

其工作时，参考时钟1提供成像设备工作的时间基准，用于稳定工作频率。触发控制器2用于使频率扫描器3和接收ADC18同步，频率扫描控制器3同时控制第一线性调频源4(发射)和第二线性调频源5(本振)进行同步扫描。其中，本振频率与发射频率相差中频频率。第一线性调频源4经发射开关6选择发射天线阵12中的某一发射天线进行信号发射将发射天线将信号发射到空中。其中，部分经直达第一路径8到接收天线阵13，另一路经第二路径9到达目标10反射，反射信号经第三路径11到达接收天线阵13。接收开关7选择接收天线13进入接收混频器14，接收混频器14将从开关的接收信号和第二线性调频源5的本振信号混频生成中频信号，中频信号依次经过滤波器和接收ADC18变为数字信号。

数字信号一路经直达波分离后，得到直达波并进入通道校准器20，另一路经延迟补偿器的延时处理后送入通道校正器20中，通道校正器20则通过直达波和延时处理后的数字信号进行通道校准，得到校准后的数据，并将校准后的数据发送到成像处理器完成成像。由于直达波经历了通道全部路径，反映了通道的幅度、相位、时延信息，所以可以直接根据直达波计算校正参数。根据直达波和输入信号二者进行复数运算即可完成通道幅度、相位、时延的校正。

需要说明，ADC为模拟/数字转换器。

由上述可知，相比于现有的具有校准功能的成像设备，本实施例中的应用本校准方法实现校准的成像设备，通过分离直达波分离和校正替代了参考通道的功能，去除了物理参考通道，具体去除了如混频器、ADC、滤波器等硬件，从而减少了硬件成本；且通过软件进行数字处理即可实现，具有稳定可靠、一致性良好、易于复制的优点；而且，实现了参考通道与接收通道共用电路链路部分，可以将接收通道校准到天线端口，大大提高了校准的准确性。

而且本成像设备还能够以机械扫描(移动天线)、电扫描方式(开关切换不同位置天线)或二者混合使用，采集不同位置发射和接收信号，根据接收信号和发射信号之间的幅度、相位、时延信息，通过数字处理得到目标的形状、位置、材质、速度等信息并生成目标图像。

因电气扫描是在不同通道之间切换，现有技术条件下不能保证每一个幅度、相位、时延完全一致或完全满足成像对通道一致性的技术要求。在成像之前需要对接收通道进行校准，根据校准结果对接收数据进行修正。

所以现有的成像设备需使用规则物体作为目标，测试目标的反射特征并据此计算通道的幅度、相位、时延的修正量生成校准数据。工作时还需使用校准数据对接收数据进行修正。因为修正和校准是不是同时进行的，所以需定期对设备进行校准。相应成像设备使用起来更加繁琐。

除此之外，还需要说明的是，本实施例中应用本校准方法实现校准的成像设备的信号源可以是两个线性调频源，也可以是一个线性调频源，或一个调频信号源延迟不同的时间产生的两个信号源，而是否采用两个信号源并不影响本方法的应用。

可选地，可以使用参考通道进行辅助校准，是否使用参考通道不影响直达波分离和通道校准，不影响本方法的应用。

可选地，信号源可以是线性调频源，是否使用线性调频源只影响直达波的分离方法，不影响直达波分离和通道校准。

需要说明的是，本校准方法可以应用于时域，也可应用于频域，是否在时域校正不影响本方法适应范围。

需要说明的是，本校准方法可应用于成像设备，同样可应用于测距、测速雷达设备，只要是可运用分离直达波进行校准的设备均可应用。

需要说明的是，本校准方法的传输信号可以是电磁信号、声波信号、光信号等等，该方法在声学、光学的测速、测距、成像领域具有同样的实用效果。

本实施例在上述实施例的基础上进一步对直达波分离的方法进行说明：

具体地，在进行直达波分离时，由于直达波与目标回波的空中路径不同、中频频率不同，通过数字信号处理可以有效分离出直达波。因此，具体地，如图4所示，可以采用数字滤波方法在时域直接分离直达波。

可选地，如图5所示，也可通过FFT在频域加窗选取直达波，进行IFFT变换回时域处理。具体地，首先对输入数据进行FFT变换，以得到频域的输入数据，再通过预设的频域窗从输入数据中选取出直达波，此时直达波处于频域，因此还需要通过IFFT将直达波从频域转换到时域。

需要说明的是，通道校准也可以在频域进行，当校准在频域进行时，在上述方法中则不必将处于频域的直达波通过IFFT再转换到时域。

需要说明的是，FFT全称Fast Fourier Transformation，为快速傅立叶变换；IFFT全称Inverse Fast Fourier Transformation，为逆向快速傅立叶变换。

需要说明的是，直达波分离方法不限于上述的数字滤波方法和通过FFT在频域加窗选取的方法，只要能从信号中分离出直达波的方法均可，故不在此做一一介绍。

如图6所示，本实施例提供一种通道实时校准系统，包括：

分离模块，用于获取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波。

校准模块，用于通过所述直达波对所述通道进行通道校准。

可选地，所述分离模块具体用于通过数字滤波从所述接收信号中分离出所述直达波。由于接收信号中的直达波和目标回波的路径、中频频率不同，可以通过数字滤波直接分离出直达波。

可选地，所述分离模块包括：

傅里叶变换单元，用于对所述接收信号进行快速傅立叶变换，得到变换后的接收信号。

选取单元，用于通过预设置的频域窗从所述变换后的接收信号选取出频域的直达波。

逆傅里叶变换单元，用于对所述频域的直达波进行逆快速傅立叶变换，得到所述直达波。

通过将接收信号转换到频域后再选取出直达波，可使用快速傅里叶变换方法有效减少运算量，提高处理速度。

可选地，所述校准模块还用于对所述接收信号进行延迟补偿处理。通过对接收信号进行延迟补偿处理，可进一步保证接收信号与直达波在时间上的一致性，从而提高校准的准确度。

本实施例提供一种雷达检测设备，其检测设备包括上述实施例的通道实时校准系统。

综上所述,本实施例的一种通道实时校准方法及系统，通过从一通道中的接收信号中分离出直达波，通过直达波进行通道校准，保证直达波和原接收信号的幅度、相位、时延一致，从而避免了校准时通道不一致所带来误差，提高了校准精确度；并且通过一条接收通道即可实现校准，不必再设置参考通道，其直达波的分离和校准液也均可由软件实现，不必增加额外的硬件设备，使校准更加方便；而且校准过程可实时进行，不存在校准间隔电气参数漂移的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通道实时校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波；

通过所述直达波对所述通道进行通道校准。

2.根据权利要求1所述的通道实时校准方法，其特征在于，所述从所述接收信号中分离出直达波的具体实现为：

通过数字滤波从所述接收信号中分离出所述直达波。

3.根据权利要求1所述的通道实时校准方法，其特征在于，所述从所述接收信号中分离出直达波具体包括如下步骤：

对所述接收信号进行快速傅立叶变换，得到变换后的接收信号；

通过预设置的频域窗从所述变换后的接收信号选取出频域的直达波；

对所述频域的直达波进行逆快速傅立叶变换，得到所述直达波。

4.根据权利要求1至3任一项所述的通道实时校准方法，其特征在于，在所述对所述通道进行通道校准之前，还包括：

对所述接收信号进行延迟补偿处理。

5.一种通道实时校准系统，其特征在于，包括：

直达波分离模块，用于获取任一通道的接收信号，并从所述接收信号中分离出直达波；

通道校准模块，用于通过所述直达波对所述通道进行校准。

6.根据权利要求5所述的通道实时校准系统，其特征在于，通过数字滤波从所述接收信号中分离出所述直达波。

7.根据权利要求5所述的通道实时校准系统，其特征在于，所述分离过程包括：

傅里叶变换单元，用于对所述接收信号进行快速傅立叶变换，得到变换后的接收信号；

频域选取单元，用于通过预设置的频域窗从所述变换后的接收信号选取出频域的直达波；

逆傅里叶变换单元，用于对所述频域的直达波进行逆快速傅立叶变换，得到所述直达波。

8.根据权利要求5至7任一项所述的通道实时校准系统，其特征在于，所述校准模块还用于对所述接收信号进行延迟补偿处理。

9.一种成像设备，其特征在于，包括权利要求5至8任一项所述的通道实时校准系统。

10.一种雷达检测设备，其特征在于，包括权利要求5至8任一项所述的通道实时校准系统。