CN113093126A - 调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法 - Google Patents

调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法，主要解决现有雷达信号处理系统性能检测复杂，人力和物力浪费大的问题。其方案是：设定参数，利用信号发生器产生模拟目标信号；将模拟目标信号通过模/数转换模块转换为数字信号；通过脉冲压缩模块对数字信号进行运算得出模拟目标的数据D和距离参数d1、幅度参数m1；通过动目标检测模块对数据D的运算得出模拟目标的速度参数v1；将运算出的这些参数d1、m1、v1与设定的参数比对，通过比较其是否均在误差范围内判定整个系统的工作状态。本发明提高了目标信号稳定的稳定性，降低了运行功耗，终端界面显示检测结果更加直观清楚，可用于在室内环境下完成系统功能的检测。

Description

调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种雷达信号处理系统的性能自检方法，可用于在室内环境下完成系统功能的检测。
背景技术
调频连续波雷达是一种发射信号频率随时间改变的雷达，其通过测量回波信号相对于发射信号的频率差来测定目标相对于雷达的距离，利用多普勒效应测定目标相对于雷达的径向速度。该雷达系统主要有四个基本部分组成：一是能够发射和接收高频率、高功率的射频信号的天线；二是能够产生高频信号并且能够将回波信号中目标的中频信号提取出来的射频模块；三是能够对目标反馈回来的中频信号进行处理提取出目标距离、速度等信息的信号处理系统；四是能够将信号处理系统提取出的目标信息以图形化的方式表现的系统终端显示器。
该雷达信号处理系统需要模/数转换模块，包括时钟芯片、运算放大器、ADC采样芯片；脉冲压缩模块，在FPGA中实现；动目标检测模块，将动目标提取出来，在DSP中实现。
在雷达信号处理系统搭建完成以后，需要对系统的分模块以及总体进行功能性的测试例如模/数转换的结果是否正确、脉冲压缩后的结果是否正确、动目标检测后的结果是否正确。现有的检测方法是将整套雷达系统架在外场中，通过探测快速飞行的无人机对雷达系统中的模块进行测试。但是该方法不仅需要将沉重的设备不停搬运，而且起飞无人机也要考虑天气、地理位置以及地方相关飞行政策等情况，且需要多次测试才能达到理想结果，浪费人力和物力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法，以实现在室内环境下对雷达信号处理系统性能的检测。避免搬移设备和起飞无人机，节省人力和物力。
本发明技术方案是这样实现的：
一种调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法，所述雷达信号处理系统包括信号发生器、模/数转换模块、脉冲压缩模块、动目标检测模块和终端界面，其特征在于，实现步骤包括如下：
(1)在雷达信号处理系统中利用信号发生器，产生高斯白噪声信号N0，并按照设定的距离参数d0、速度参数v0、幅度参数m0，根据频率与参数之间的映射关系产生一个单频信号s(t)，即目标中频回波信号：
Figure BDA0003010073370000021
其中，A为单频信号峰值，f0为单频信号频率，
Figure BDA0003010073370000022
为单频信号相位；
(2)将目标中频回波信号与高斯白噪声信号求和之后，送入模/数转换模块中，将其转换为数字信号；
(3)将上述数字信号送入脉冲压缩模块，通过脉冲压缩模块运算得出模拟目标的数据D和距离参数d1、幅度参数m1；
(4)将脉冲压缩模块运算得出的数据D送入动目标检测模块，通过动目标检测模块运算得出模拟目标的速度参数v1；
(5)将运算得出的距离参数d1、幅度参数m1、速度参数v1与设定的参数进行比对：
如果|d1-d0|/d0≤5％、|m1-m0|/m0≤5％且|v1-v0|/v0≤5％，则判断为雷达信号处理系统工作正常；
反之，则判断为雷达信号处理系统出现问题；
(6)将系统工作状态判决结果通过终端界面显示出来。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明将信号发生器内嵌在系统中，在需要使用时通过开关控制开启，在不需要使用时以静态方式存在于系统中，降低了运行功耗。
2.本发明采用信号发生器产生模拟目标信号和高斯白噪声信号，不仅能够真实地模拟实际场景下的飞行目标，而且可以使目标信号保持稳定。
3.本发明采用终端界面显示系统性能检测的结果，更加直观清楚。
附图说明
图1为本发明的实现总流程图；
图2为本发明中产生高斯白噪声的子流程图；
图3为本发明中产生模拟目标中频信号的子流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例，作进一步详细描述。
本实例是对调频连续波雷达信号处理系统的性能进行检测，该系统包括信号发生器、模/数转换模块、脉冲压缩模块、动目标检测模块和终端界面。对该雷达信号处理系统的性能检测主要是通过判断脉冲压缩模块运算得出的距离参数、幅度参数和动目标检测模块运算得出的速度参数是否均在误差范围内来判定整个系统的工作状态。
参照图1，实例的实现步骤如下：
步骤1，产生模拟目标信号。
1.1)在雷达信号处理系统中利用信号发生器，产生高斯白噪声信号N0：
参照图2，本步骤是先产生一组服从高斯分布的均匀随机数Xn；再将此随机数Xn作为正弦函数和对数函数的变量，生成正弦随机函数sin(Xn)和对数随机函数log(Xn)；最后将二者通过乘法器得到高斯白噪声N0＝sin(Xn)·log(Xn)；
1.2)利用信号发生器，产生目标中频回波信号：
参照图3，本步骤是先设定好距离参数d0、速度参数v0和幅度参数m0，再根据频率与参数之间的映射关系产生一个单频信号s(t)，即目标中频回波信号：
Figure BDA0003010073370000031
其中，A为单频信号峰值，f0为单频信号频率，
Figure BDA0003010073370000032
为单频信号相位；
步骤2，将模拟信号h(t)转换为数字信号H(t)。
2.1)根据目标的中频回波信号s(t)与高斯白噪声信号N0，得到和信号：
h(t)＝s(t)+N0，
2.2)将和信号h(t)送入模/数转换模块中，将其转换为数字信号H(t)。
步骤3，根据数字信号H(t)计算模拟目标的距离参数和速度参数。
将上述数字信号H(t)送入脉冲压缩模块，通过脉冲压缩模块运算得出模拟目标的数据D和距离参数d1、幅度参数m1，公式如下：
D＝pscprs(s(t))，
d1＝5000000f0，
m1＝max s(t)。
其中，pscprs为脉冲压缩的过程。
步骤4，根据数据D计算模拟目标的速度参数。
将脉冲压缩模块运算得出的数据D送入动目标检测模块，通过动目标检测模块运算得出模拟目标的速度参数v1：
v1＝Δφ/2560000，
其中，
Figure BDA0003010073370000041
为与目标中频回波信号参数
Figure BDA0003010073370000042
对应的单频信号相位的变化率。
步骤5，根据计算出的参数判断系统工作状态。
将运算得出的模拟目标的距离参数d1、幅度参数m1、速度参数v1与设定的参数进行比对：
如果|d1-d0|/d0≤5％、|m1-m0|/m0≤5％且|v1-v0|/v0≤5％，则判断为雷达信号处理系统工作正常；
反之，则判断为雷达信号处理系统出现问题；
步骤6，将系统工作状态判决结果通过终端界面显示出来。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种调频连续波雷达信号处理系统的性能自检方法，所述雷达信号处理系统包括信号发生器、模/数转换模块、脉冲压缩模块、动目标检测模块和终端界面，其特征在于，实现步骤包括如下：
(1)在雷达信号处理系统中利用信号发生器，产生高斯白噪声信号N0，并按照设定的距离参数d0、速度参数v0、幅度参数m0，根据频率与参数之间的映射关系产生一个单频信号s(t)，即目标中频回波信号：
Figure FDA0003010073360000011
其中，A为单频信号峰值，f0为单频信号频率，
Figure FDA0003010073360000012
为单频信号相位；
(2)将目标中频回波信号与高斯白噪声信号求和之后，送入模/数转换模块中，将其转换为数字信号；
(3)将上述数字信号送入脉冲压缩模块，通过脉冲压缩模块运算得出模拟目标的数据D和距离参数d1、幅度参数m1；
(4)将脉冲压缩模块运算得出的数据D送入动目标检测模块，通过动目标检测模块运算得出模拟目标的速度参数v1；
(5)将运算得出的距离参数d1、幅度参数m1、速度参数v1与设定的参数进行比对：
如果|d1-d0|/d0≤5％、|m1-m0|/m0≤5％且|v1-v0|/v0≤5％，则判断为雷达信号处理系统工作正常；
反之，则判断为雷达信号处理系统出现问题；
(6)将系统工作状态判决结果通过终端界面显示出来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(3)中通过脉冲压缩模块运算得出模拟目标的数据D和距离参数d1、幅度参数m1，公式如下：
D＝pscprs(s(t))，
d1＝5000000f0，
m1＝max s(t)。
其中，pscprs为脉冲压缩的过程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(4)中通过动目标检测模块运算得出模拟目标的速度参数v1，公式如下：
v1＝Δφ/2560000，
其中，
Figure FDA0003010073360000021
为与目标中频回波信号参数
Figure FDA0003010073360000022
对应的单频信号相位的变化率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中通过信号发生器产生的高斯白噪声N0，表示如下：
N0＝sin(Xn)·log(Xn)
其中，Xn为均匀随机数。
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