CN110133642B - 一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法。用雷达传感器对运动物体的测量，根据雷达传感器中雷达接收机正交下变频所得的基带信号寻找定位到基带信号星座图的圆心，通过圆心的坐标确定直流偏移分量，用直流偏移分量对基带信号进行修正补偿处理。本发明方法去除上述无用直流分量的方法，可应用反正切等算法解调出的相位信息，恢复出被测物体的运动信息；可在有大量干扰信号存在的情况下，准确地去除无用的直流分量，为后续提取目标的运动信息提供良好的基带信号。
Description
技术领域
本发明涉及了一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法，尤其是涉及了一种有严重噪声存在的情况下，高鲁棒性的直流偏移补偿方法。
背景技术
近几年来，雷达传感器广泛应用于各个领域，例如，生命信号探测、手势识别等等。然而，由于正交基带信号中直流偏移不确定的问题，会影响一般反正切运算解调出信号的线性性能。而且，在实际应用过程中，无法避免的存在一些干扰运动污染目标有用运动产生的信号，对直流偏移补偿算法的鲁棒性要求很高。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了用于雷达传感器的直流偏移补偿方法。相比之前的雷达传感器直流偏移补偿方法会严重受到噪声影响，本发明具有高鲁棒性的特点，能从被噪声严重污染的信号中，准确得对直流偏移补偿。
本发明采用的技术方案是：
本发明用雷达传感器对运动物体的测量，根据雷达传感器中雷达接收机正交下变频所得的基带信号寻找定位到基带信号星座图的圆心，通过圆心的坐标确定直流偏移分量，用直流偏移分量对基带信号进行修正补偿处理。
所述方法具体为：
实际在有干扰信号存在的运动物体的测量过程中，雷达接收机基带输出的信号I和信号Q的两个正交信号的星座图绘制成一个以直流偏移(DCI(t)，DCQ(t))为圆心、幅度AR(t)为半径的圆或圆弧曲线：
[I(t)-DCI(t)]2+[Q(t)-DCQ(t)]2＝AR 2(t)
其中，I和Q分别表示两个正交信号，DCI(t)、DCQ(t)分别表示信号I和信号Q的直流偏移分量。
在有干扰信号存在的运动物体的测量过程中，将雷达接收机输出的基带信号的全部采样点中随机选取三个采样点确定一个圆及其圆心，计算全部采样点分别到该圆心的距离，然后进行判断：如果距离小于设定距离阈值的采样点占所有采样点的比例大于比例阈值，具体实施可将比例阈值设置为90％，则输出该圆及其圆心；如果距离小于设定距离阈值的采样点占所有采样点的比例不大于比例阈值，则重新随机选取三个采样点再确定一个圆及其圆心，直到找到满足条件的圆心或进行重新随机选取的次数超过设定值；若进行重新随机选取的次数超过设定值后还未找到满足距离小于设定距离阈值的采样点占所有采样点的比例不大于比例阈值的条件，则选取之前比例最高对应的圆及其圆心，以圆心的横纵坐标作为两个正交信号的直流偏移分量；最后在基带输出的信号I和信号Q的两个正交信号基础上减去圆心坐标，即信号I和信号Q分别减去各自对应的直流偏移分量，从而实现对信号I和信号Q的消除补偿。
本发明能在有大量各种干扰信号的存在下，使用上述简单却非常有效的方式找到直流偏移，并消除直流偏移分量。
所述的雷达传感器包括雷达发射器和雷达接收机，雷达接收机为正交下变频构架，具体主要包含低噪放大器、混频器和本振，经滤波器和混频器、数模转换器后和激励信号源连接，混频器依次经本振、放大器和雷达发射器连接；雷达发射器向运动物体发射电磁波，到待测运动生物体表面反射后被雷达接收机接收。
所述的雷达发射器和雷达接收机集成于同一射频前端模块中。
本发明的有益效果是：
本发明提出的方法，去除上述无用直流分量的方法，从而在这之后可以应用反正切等算法解调出的相位信息，恢复出被测物体的运动信息。
本发明提出的方法可以在有大量干扰信号存在的情况下，准确地去除无用的直流分量，为后续提取目标的运动信息提供良好的基带信号。
相比之前的直流偏移补偿方法，本发明方法具有高鲁棒性的特点，更适用于实际测量场景。
附图说明
图1是本发明中的直流偏移补偿方法图示。
图2是本发明中方法实施的流程图。
图3(a)中分别显示在有不同干扰运动存在情况下的星座图和应用不同算法获得的重构圆图。
图3(b)中分别显示了统计方法和梯度下降算法恢复的相应运动图。
图4为具体实施的雷达传感器系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，详细描述本发明的实施过程。
如图2所示，具体实施采用以下雷达传感器系统，包括雷达发射器和雷达接收机，雷达接收机为正交下变频构架，经滤波器和混频器、数模转换器后和激励信号源连接，混频器依次经本振、放大器和雷达发射器连接；雷达发射器向运动物体发射电磁波，到待测运动生物体表面反射后被雷达接收机接收。
在雷达传感器中，射频前端模块通过天线发射电磁波到待测运动目标表面，下变频模块将反射回来的信号数字正交下变频到基带信号，此时的基带信号中包含由于本振泄漏、静态散射背景等因素引起的无用直流分量，基带信号中会存在无用的直流分量，需要对其进行直流偏移补偿处理，才能进行下一步信号解调处理。
其具体工作原理过程如下：
所述雷达传感器对着待测目标表面发射电磁波信号，经过待测运动生物体表面被反射，射频前端模块接收到反射电磁波信号，并将反射电磁波信号数字正交下变频，生成信号Q和信号I两路，分别满足：
其中，AI(t),AQ(t)分别为信号I和信号Q的幅度；由于数字域的正交解调，忽略幅度不平衡，即AI(t)＝AQ(t)＝AR(t)，AR(t)则为星座图中信号I/Q对应圆的半径(前面也有说明)；θ为一固定相移，与射频前端模块距离待测物体的初始距离有关；x(t)为运动物体的位移信息；λ为载波波长；DCI(t)和DCQ(t)分别为t时刻的信号I和信号Q的直流偏移分量；I(t)和Q(t)分别表示t时刻的信号Q和信号I。
如图1所示，根据雷达传感器获得的基带信号I/Q，在有干扰运动存在的情况下，绘制的星座图中会存在远远偏离重构圆的采样点。在这种情况下，能够准确的重构有用信号对应的圆是线性恢复目标运动的前提。
在有大量噪声等干扰信号存在的情况下，本发明通过找到与大多数点匹配的模式来进行直流偏移补偿。其具体过程是，在所有采样点中随机选择三个采样点，根据这些采样点可以构建一个初始圆，如图1所示。然后，根据设定阈值确定环形区域，该阈值用来确定采样点是否足够接近初始圆。最后，可以计算环形区域内部和外部的采样点的数量之间的比率。这个过程不断迭代，直到该比率达到所需的百分比。
以上统计确定圆心的流程图如图2所示；
图3(a)是在有不同干扰运动存在情况下的星座图和应用不同算法获得的重构圆，其中灰色的点是目标的原始运动引起的有用采样点，黑色的点是干扰运动造成的偏移采样点。可以看到本发明中出的统计方法可以很好的重构原始圆，误差很小；
图3(b)是统计方法和梯度下降算法恢复的相应运动。可以看到随机样本一致法可以很好地恢复目标运动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，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 (3)
1.一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法，其特征在于：用雷达传感器对运动物体进行测量，根据雷达传感器中雷达接收机正交下变频所得的基带信号寻找定位到基带信号星座图的圆心，通过圆心的坐标确定直流偏移分量，用直流偏移分量对基带信号进行修正补偿处理；
所述方法具体为：在有干扰信号存在的运动物体的测量过程中，在雷达接收机输出的基带信号的全部采样点中随机选取三个采样点确定一个圆及其圆心，计算全部采样点分别到该圆心的距离，然后进行判断：如果距离小于设定距离阈值的采样点占所有采样点的比例大于比例阈值，则输出该圆及其圆心；如果距离小于设定距离阈值的采样点占所有采样点的比例不大于比例阈值，则重新随机选取三个采样点再确定一个圆及其圆心，直到找到满足条件的圆心或进行重新随机选取的次数超过设定值；若进行重新随机选取的次数超过设定值后还未找到满足距离小于设定距离阈值的采样点占所有采样点的比例大于比例阈值的条件的圆心，则选取之前比例最高对应的圆及其圆心，以圆心的横纵坐标作为两个正交信号的直流偏移分量；最后在基带输出的信号I和信号Q的两个正交信号基础上减去圆心坐标，从而实现对信号I和信号Q的修正补偿。
2.根据权利要求1所述的一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法，其特征在于：所述雷达传感器包括雷达发射器和雷达接收机，雷达接收机为正交下变频构架，经滤波器和混频器、数模转换器后和激励信号源连接，混频器依次经本振、放大器和雷达发射器连接；雷达发射器向运动物体发射电磁波，电磁波到运动物体表面反射后被雷达接收机接收。
3.根据权利要求2所述的一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法，其特征在于：所述雷达发射器和雷达接收机集成于同一射频前端模块中。
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