CN113671495A - 基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统及方法，该系统包含太赫兹发射接收装置、Zynq处理平台、控制系统、上位机、二维电机；所述太赫兹发射接收装置与所述Zynq处理平台的输入端通信连接；所述Zynq处理平台的输出端与所述控制系统的输入端、上位机分别通信连接；所述控制系统的输出端与所述控制二维电机以及太赫兹发射接收装置通信连接。本发明提供的一种基于Zynq平台的太赫兹多通道雷达探测系统及方法，由控制系统对频率综合与调制波形产生组件进行控制，根据不同探测模式分别产生连续波、窄带、宽带的线性调频信号，以Zynq处理平台作为核心处理单元，主要实现多通道中频回波数据的处理、自校准、目标搜索、高分辨成像等功能。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹雷达探测领域，具体涉及一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统以及方法。
背景技术
相比于微波雷达，太赫兹雷达波长短，具有带宽大、分辨率高、多普勒敏感、抗干扰等独特优势。太赫兹雷达的高空间分辨力和较大的带宽，有利于目标成像和获取目标特征结构细节，从而对目标进行更精确的轮廓识别。目前太赫兹高分辨成像在反恐和安检方面(如隐藏物品的探测)的公开应用较多，将其用于对远距运动目标精细化及多维成像的应用较少。
现有的太赫兹高分辨探测系统探测模式单一，无法满足对远距高速运动目标的探测，且高分辨成像能力由信号带宽决定，对目标进行更精细化的成像只能增加信号带宽，较大的带宽导致调制的非线性增加或信号积累时间的延长。
为了满足远距高速运动目标的探测及目标的精细化成像，本发明采用连续波测速、窄带线性调频信号搜索、宽带线性调频信号跟踪及成像的多体制联合探测方式，通过频谱截取、插值对目标进行精细化成像，并通过三个通道接收实现目标的三维成像，从而获得更多维的目标信息。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统，包含太赫兹发射接收装置、Zynq处理平台、控制系统、上位机、二维电机；
所述太赫兹发射接收装置与所述Zynq处理平台的输入端通信连接；所述Zynq处理平台的输出端与所述控制系统的输入端、上位机分别通信连接；所述控制系统的输出端与所述二维电机以及太赫兹发射接收装置通信连接；
所述太赫兹发射接收装置用于向目标发射太赫兹信号并接收目标的回波信号，对回波信号进行中频处理后向Zynq处理平台输出多通道中频回波信号，所述Zynq处理平台对各通道中频回波信号进行处理，并将处理结果发送至所述控制系统和上位机，所述控制系统通过控制所述二维电机对太赫兹发射接收装置中的接收天线指向进行调整，以及对太赫兹发射接收装置产生的参考信号的延时进行调整。
优选地，所述太赫兹发射接收装置包含：频率综合与调制波形产生组件、太赫兹发射组件、多个太赫兹接收组件、多通道中频滤波放大组件；
所述频率综合与调制波形产生组件与太赫兹发射组件通过通信连接，频率综合与调制波形产生组件产生的信号经太赫兹发射组件传输至发射天线发出；
多个所述太赫兹接收组件与多通道中频滤波放大组件输入端通信连接，各个太赫兹接收组件通过接收天线将目标反射回波信号输出至多通道中频滤波放大组件，输出多个中频回波信号至所述Zynq处理平台，所述接收天线与所述二维电机连接并由其控制接收天线的指向；
所述Zynq处理平台对处中频回波信号进行处理，并与控制系统进行数据交互，由控制系统将控制信号反馈至频率综合与调制波形产生组件对调制波形产生组件进行控制。
优选地，所述Zynq处理平台包含：若干个高速A/D采样芯片、处理器、内存存储器、晶振、时钟、时钟芯片；
各个所述高速A/D采样芯片的输入端与所述太赫兹发射接收装置的输出端连接，输出端与所述处理器的输入端连接；
所述内存存储器与所述处理器的输出端连接；
所述晶振与所述处理器的输入端连接；
所述时钟与所述时钟芯片的输入端连接，时钟芯片的输出端与各个所述高速A/D采样芯片以及处理器的输入端连接；
各个所述高速A/D采样芯片对太赫兹发射接收装置输入的中频回波信号进行采样，并输出至处理器处理并将处理结果发送至所述控制系统和上位机；所述晶振用于给处理器提供时钟输入，内存存储器用于为处理器信号处理的过程的数据提供数据缓存；时钟芯片根据时钟的输入信号为各个高速A/D采样芯片以及处理器提供与太赫兹发射接收装置同源时钟。
进一步地，所述处理器包括：互相建立通信连接的处理器系统和可编程逻辑；
所述晶振与处理器系统的输入端连接，为其提供时钟输入；可编程逻辑的输出端与内存存储器中的第一内存连接，并且可编程逻辑通过网络与所述上位机通信连接；
各个所述高速A/D采样芯片以及所述时钟芯片均与可编程逻辑的输入端连接；可编程逻辑与内存存储器中的第二内存以及第三内存连接，并且与所述控制系统通信连接。
优选地，所述第一内存和第二内存均为动态随机存取存储器，所述第三内存为静态随机存取存储器。
本发明还提供了一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，采用上述的太赫兹雷达探测系统实现，其特征在于，包含以下步骤：
S0：向目标发射太赫兹信号并接收目标回波信号，对其进行中频滤波放大处理并输出多通道中频回波信号；
S1：对所述多通道中频回波信号进行采样；
S2：对采样的各通道中频回波信号进行数字下变频处理得到多通道基带回波数据；
S3：对各通道基带回波数据进行非线性补偿，并进行快速傅里叶变换处理得到目标的速度、角度、距离、对目标进行精细化成像。
进一步地，所述S1步骤包含：对各个高速A/D采样芯片进行配置，首先配置为校准模式，校准完成后配置为正常工作模式，对多通道的中频回波信号进行A/D采样。
进一步地，所述S2步骤包含：对各通道中频回波信号进行数字下变频处理变换到基带；
数字下变频处理主要包含数字正交基带变换及滤波抽取两个部分；
其中数字正交基带变换得到的采样频率选择满足如下公式：
其中，fI为中频回波信号频率，fs为采样频率，B为中频回波信号带宽；中频回波信号与数字本振相乘；
滤波抽取采用多级滤波器级联模式实现，包括依次经过CIC滤波器、HB滤波器以及CIC补偿滤波器滤波处理，并输出I、Q两路基带回波数据。
进一步地，所述S3步骤包含以下内容：
S31：对各通道数字下变频处理后的基带回波数据进行非线性补偿，补偿后数据进行距离维快速傅里叶变换处理，通过搜索最大幅值进行目标检测，以一个通道为基准通道，其他通道为校准通道，计算校准通道与基准通道间目标幅值最大点处的相位差值，即为系统通道间的相位差异；
S32：对各通道数字下变频处理后的数据进行快速傅里叶变换处理，通过最大幅值点检测确定目标位置点，进行速度估计，并对目标点通道间相位差值进行提取，根据通道间干涉测角原理计算方位角θ、俯仰角γ。
S33：对各通道数字下变频处理后的数据进行速度补偿，对补偿后数据进行距离维快速傅里叶变换处理，最大值点搜索法进行目标检测，并计算目标距离值。
S34：对各通道数字下变频处理后的数据进行非线性补偿，并对非线性补偿后数据进行速度补偿，对速度补偿后数据依次进行距离维快速傅里叶变换处理、多普勒维快速傅里叶变换处理，获得距离-多普勒二维像，对目标质心进行估计，根据目标质心点位置进行距离、速度的解算；对距离维快速傅里叶变换处理结果进行频谱截取，精细化成像处理，再进行多普勒维快速傅里叶变换处理，根据幅值大小进行目标点判断，对目标点位置进行方位角、俯仰角等信息解算，根据方位角、俯仰角对目标进行三维成像。
进一步地，对所述S3步骤的处理结果分别输出至控制系统及上位机，控制系统根据处理结果控制所述二维电机对天线指向进行调整，以及对太赫兹发射接收装置产生的参考信号的延时进行调整，上位机对处理结果进行显示及存储。
本发明以Zynq处理平台作为核心处理单元，实现了多通道中频回波数据的处理、自校准、目标搜索、高分辨成像、数据传输及通讯控制功能，具备对远距高速运动目标探测、精细化成像、三维成像的能力。
附图说明
图1为本发明的系统组成框图；
图2为本发明的信号处理流程框图；
图3为本发明的自校准、目标搜索、高分辨成像时序示意图；
图4为本发明的数字下变频实现框图；
图5为本发明的精细化成像软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统以及方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图1所示，为本发明提供的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统结构框图，包含太赫兹发射接收装置1、Zynq处理平台2、控制系统3、上位机4、二维电机5；太赫兹发射接收装置1与Zynq处理平台2的输入端通信连接；Zynq处理平台2的输出端与控制系统3的输入端、上位机4分别通信连接；控制系统3的输出端与所述二维电机5以及太赫兹发射接收装置1通信连接；所述太赫兹发射接收装置1用于向目标发射太赫兹信号并接收目标的回波信号，对回波信号进行中频处理并向Zynq处理平台2输出多通道中频回波信号，Zynq处理平台2对各通道中频回波信号进行处理，获得目标位置、运动状态信息，并将处理结果发送至所述控制系统3和上位机4，控制系统3根据处理结果的目标位置、运动状态信息进行处理判断，并通过控制所述二维电机5对太赫兹发射接收装置1中的接收天线指向进行调整，以及对太赫兹发射接收装置1产生的参考信号的延时进行调整。
其中，上述太赫兹发射接收装置1包含：频率综合与调制波形产生组件11、太赫兹发射组件12、三个太赫兹接收组件13、多通道中频滤波放大组件14；频率综合与调制波形产生组件11与太赫兹发射组件12通过通信连接，频率综合与调制波形产生组件11产生的太赫兹信号经太赫兹发射组件12传送到发射天线后向目标发出；多个所述太赫兹接收组件13与多通道中频滤波放大组件14的输入端通信连接，各个太赫兹接收组件13通过接收天线将目标反射的回波信号输出至多通道中频滤波放大组件14，所述接收天线与上述二维电机连接并由其控制接收天线的指向，多通道中频滤波放大组件14处理后输出中频回波信号至上述Zynq处理平台2。
具体地，Zynq处理平台2对各通道中频回波信号进行处理，并与控制系统3进行数据交互，根据Zynq处理平台2的处理结果由控制系统3将控制信号反馈至频率综合与调制波形产生组件11并对其进行控制。
其中，Zynq处理平台2包含两个高速A/D采样芯片21、处理器22、内存存储器23、50MHz晶振24、50MHz时钟25、时钟芯片26；处理器为Xilinx Zynq-7000系列的XC7Z100-1FFG900I芯片，所述处理器22包括通过EMIO互相通信连接的处理器系统221(ProcessingSystem，PS)和可编程逻辑222(Progarmmable Logic，PL)两个部分。
具体地，两个高速A/D采样芯片21的输入端与所述太赫兹发射接收装置1的多通道中频滤波放大组件14的输出端连接，输出端与所述处理器22中的PL 222输入端连接，用于将多通道中频滤波放大组件14输出的多通道中频回波信号传递至PL 222中处理；所述内存存储器23与所述处理器22的输出端连接，其中内存存储器23包括与PS连接的接口为DDR3的8Gb动态随机存取存储器，主要用于对PS处理时进行数据缓存，以及与PL连接的接口为DDR3的16Gb动态随机存取存储器、144Mb静态随机存取存储器，同样用于对PL处理时进行数据缓存。上述50MHz晶振24与所述处理器22中的PS 221输入端连接，为处理器22的PS 221提供时钟输入；上述50MHz时钟25与所述时钟芯片26的输入端连接，时钟芯片26的输出端与各个所述高速A/D采样芯片21的输入端以及处理器22的PL 222的输入端连接，该50MHz时钟25可为各个所述高速A/D采样芯片21以及处理器22的PL 222提供与太赫兹发射接收组装置1的同源时钟。PL 222对各通道中频回波信号进行处理，获得目标位置、运动状态信息，并将处理结果发送至所述控制系统3和上位机4。
控制系统3与Zynq处理平台2的处理器22中的PL通过422通信接口通信连接，进行数据交互，根据得到的目标位置、运动状态信息输出角度控制指令至二维电机5，并对频率综合与调制波形产生组件11进行控制。
上位机4与Zynq处理平台2的处理器22中的PS 221通过以太网数据传输，对Zynq处理平台2的处理结果进行显示及存储。
二维电机5主要功能为接收控制系统3的角度控制指令，调整二维电机5的转角，从而对接收天线进行角度调整，实现对太赫兹多通道雷达探测系统的探测方位角、俯仰角的调整。
本发明还提供了一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，采用上述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统实现，根据太赫兹发射接收装置1产生的中频回波信号，该方法主要包含如图2所示的自校准、目标搜索、高分辨成像三个功能。
具体实现方法如图3所示，S0：向目标发射太赫兹信号并接收目标回波信号，经过多通道中频滤波放大组件处理并输出三通道中频回波信号至Zynq处理平台2。
S1：对Zynq处理平台2的两个高速A/D采样芯片21进行配置，首先配置为校准模式，校准完成后配置为正常工作模式，对三通道的中频回波数据进行A/D采样。
具体地，在PS 221中对高速A/D采样芯片21进行配置，生成满足时序要求的配置信号，配置信号通过EMIO传输到PL 222，通过PL 222与各个高速A/D采样芯片21进行连接实现对各个高速A/D采样芯片21的控制。首先将各个高速A/D采样芯片21配置为测试模式，对各个高速A/D采样芯片21进行校准，PL 222完成各个高速A/D采样芯片21校准后，通过EMIO将校准完成标志传到PS 221，PS 221再将各个高速A/D采样芯片21配置为正常工作模式，对目标的中频回波信号进行采样。
S2：对采样的各通道中频回波信号进行数字下变频处理(Digaital DownConverters，DDC)得到多通道基带回波数据。
具体地，数字下变频主要包含数字正交基带变换及滤波抽取两个部分，实现框图如图4所示，fI为中频回波信号频率，采样频率fs选择满足如下公式：
其中，B为中频回波信号带宽。中频回波信号与数字本振相乘，数字本振通过Xilinx DDS IP核产生；滤波抽取采用多级滤波器级联模式实现，包括CIC滤波器的D1倍抽取、HB滤波器的2倍抽取以及CIC补偿滤波器的D2倍抽取，最终输出I、Q两路基带回波数据。此处I(In-phase同相)、Q(Quadrature正交)两路基带回波数据的信号相位相差90°，为复信号的实部、虚部。数字下变频的过程不止是将中频变到基带，还进行了正交化，与模拟下变频方式相比，数字正交下变频的正交性更好。数字下变频模式的采用避免了模拟器件处理正交性差的问题，传统情况会用模拟(相对数字而言)器件直接将雷达接收的信号变换到基带，而本发明采用的是数字变换形式，与传统的模拟器件实现方法相比可以获得更好的正交性。
S3：对各通道基带回波数据进行非线性补偿，并进行快速傅里叶变换处理得到目标的速度、角度、距离、对目标进行精细化成像。
具体包括以下步骤：
S31：通过控制系统3对频率综合与调制波形产生组件11进行控制，产生P1个调制带宽为B1的宽带线性调频信号，对实验室点目标或体目标的特显点进行检测，实验室点目标或体目标的特显点指的是基带回波数据中能量较强的点。首先对各通道DDC后数据(即多通道基带回波数据)进行非线性补偿，补偿后数据进行距离维快速傅里叶变换(fastFourier transform，FFT)，通过搜索最大幅值进行目标检测，以一个通道为基准通道，其他通道为校准通道，计算校准通道与基准通道间目标幅值最大点处的相位差值，即为系统通道间的相位差异，将检测结果分别通过422通信接口传输至控制系统及通过网络传输至上位机，上位机对处理结果进行显示及存储；
S32：控制系统3对频率综合与调制波形产生组件11进行控制，产生单频连续波信号，对目标速度、角度进行P2次解算。每个通道DDC后的数据进行FFT处理，通过最大幅值点检测确定目标位置点，进行速度估计，并对目标点通道间相位差值进行提取，根据通道间干涉测角原理计算方位角θ、俯仰角γ，将检测结果分别通过422通信接口传输至控制系统及通过网络传输至上位机，控制系统3根据角度信息控制二维电机5进行接收天线指向调整，上位机对检测结果进行显示及存储。水平方向排布接收天线为第一天线A、第二天线B，进行方位角的解算，垂直方向排布天线为第一天线A、第三天线C，进行俯仰角的解算，计算公式如下
其中，
分别为目标点处第一天线A、第二天线B通道、第一天线A、第三天线C通道间的相位差值，DAB、DAC分别为第一天线A、第二天线B，第一天线A、第三天线C的基线长度。
速度v计算公式为：
其中，fd为目标多普勒频率，λ为发射信号波长。
S33：控制系统3对频率综合与调制波形产生组件11进行控制，产生P3个调制带宽为B2的窄带线性调频信号，对目标距离进行解算。为了防止距离走动，对多通道基带回波数据进行速度补偿，第m个脉冲的补偿系数Cm计算公式为
其中：k为信号调频率；v为目标速度，由上述S32步骤测量得到；tm为慢时间(即第m个脉冲的发射时刻，以第一个脉冲发射时刻为起点)；
为快时间(即脉冲信号传播时间，以该脉冲的发射时刻为起点)；c为光速；j为复数计算的符号。每个多通道基带回波数据乘一个速度补偿系数，对补偿后数据进行距离维FFT，最大值点搜索法进行目标检测，并计算目标距离值。将距离值分别通过422通信接口传输至控制系统及通过网络传输至上位机，控制系统根据距离信息对频率综合与调制波形产生组件进行控制，对提供给接收组件的参考信号的延时进行调整，上位机对检测结果进行显示及存储。
S34：控制系统对频率综合与调制波形产生组件进行控制，调制带宽为B1的宽带线性调频信号，每M个脉冲的信号为一帧，进行相干信号处理，对目标距离、速度进行估计，并对目标进行精细化成像，对目标点的方位角、俯仰角进行计算，从而获得三维目标像，其中M为2的整数次幂。
首先对各通道DDC后数据进行非线性补偿，每个调制脉冲的回波数据与非线性补偿系数相乘，对非线性补偿后数据依次进行速度补偿，补偿系数计算同上述的S33步骤，速度补偿后数据依次进行距离维FFT、多普勒维FFT，获得距离-多普勒二维像，对目标质心进行估计，根据目标质心点位置进行距离、速度的解算。对距离维FFT结果进行频谱截取，精细化成像处理，再进行多普勒维FFT，根据幅值大小进行目标点判断，对目标点位置进行方位角、俯仰角等信息解算(解算原理同上述S32步骤)，根据方位角、俯仰角对目标进行三维成像。将检测结果分别通过422通信接口传输至控制系统及通过网络传输至上位机，控制系统根据角度信息控制二维电机进行天线指向调整，根据实时的测距信息对频率综合与调制波形产生组件输出的参考信号的延时进行调整，上位机对检测结果进行显示及存储。
频谱截取及精细化成像流程图如图5所示，以目标质心点为中心，对距离维FFT结果进行频谱截取，截取N个频谱数据，对截取的频谱进行N(为2的整数次幂)点的离散傅立叶反变换的快速算法(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)处理，转换到时域，对IFFT后的时域数据进行后端补零，若插值倍数为Q，则需补N*(Q-1)个零，补零后数据进行N*Q(为2的整数次幂)点的FFT变换，即得到精细化成像结果。
控制系统对S32步骤、S33步骤、S34步骤目标检测情况进行判断，若连续P次(P取值与P1无关，可取P2、P3中最小值的一半，或者根据试验情况在不同体制探测时取不同的值)无法检测到目标，则认为目标丢失，回到S31步骤，否则按照S32步骤、S33步骤、S34步骤依次进行工作模式切换，最后停留在S34步骤，连续进行高分辨成像探测。由工作模式控制模块接收控制系统的状态控制信号，完成工作模式切换。
综上所述，本发明提供的一种基于Zynq平台的太赫兹多通道雷达探测系统及方法，由控制系统对频率综合与调制波形产生组件进行控制，根据不同探测模式分别产生连续波、窄带、宽带的线性调频信号，经太赫兹发射组件倍频后传送到发射天线进行辐射输出；太赫兹三路接收天线采用L型排布，两两通道干涉测角实现对目标的方位角、俯仰角的探测；三个接收天线接收的回波信号分别传送到三个太赫兹接收组件，经太赫兹接收组件下变频到中频；太赫兹接收组件的输出经多通道中频滤波放大组件处理后进行中频输出。Zynq平台作为核心处理单元，主要实现多通道中频回波数据的处理、自校准、目标搜索、高分辨成像、数据传输及通讯控制功能，具备对远距高速运动目标探测、精细化成像、三维成像的能力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统，其特征在于，包含太赫兹发射接收装置(1)、Zynq处理平台(2)、控制系统(3)、上位机(4)、二维电机(5)；
所述太赫兹发射接收装置(1)与所述Zynq处理平台(2)的输入端通信连接；所述Zynq处理平台(2)的输出端与所述控制系统(3)的输入端、上位机(4)分别通信连接；所述控制系统(3)的输出端与所述二维电机(5)以及太赫兹发射接收装置(1)通信连接；
所述太赫兹发射接收装置(1)用于向目标发射太赫兹信号并接收目标的回波信号，对回波信号进行中频处理后向Zynq处理平台(2)输出多通道中频回波信号，所述Zynq处理平台(2)对各通道中频回波信号进行处理，并将处理结果发送至所述控制系统(3)和上位机(4)，所述控制系统(3)通过控制所述二维电机(5)对太赫兹发射接收装置(1)中的接收天线指向进行调整，以及对太赫兹发射接收装置(1)产生的参考信号的延时进行调整。
2.如权利要求1所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统，其特征在于，所述太赫兹发射接收装置(1)包含：频率综合与调制波形产生组件(11)、太赫兹发射组件(12)、多个太赫兹接收组件(13)、多通道中频滤波放大组件(14)；
所述频率综合与调制波形产生组件(11)与太赫兹发射组件(12)通过通信连接，频率综合与调制波形产生组件(11)产生的信号经太赫兹发射组件(12)传输至发射天线发出；
多个所述太赫兹接收组件(13)与多通道中频滤波放大组件(14)输入端通信连接，各个太赫兹接收组件(13)通过接收天线将目标反射回波信号输出至多通道中频滤波放大组件(14)，输出多个中频回波信号至所述Zynq处理平台(2)，所述接收天线与所述二维电机(5)连接并由其控制接收天线的指向；
所述Zynq处理平台(2)对处中频回波信号进行处理，并与控制系统(3)进行数据交互，由控制系统(3)将控制信号反馈至频率综合与调制波形产生组件(11)对调制波形产生组件(11)进行控制。
3.如权利要求2所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统，其特征在于，所述Zynq处理平台(2)包含：若干个高速A/D采样芯片(21)、处理器(22)、内存存储器(23)、晶振(24)、时钟(25)、时钟芯片(26)；
各个所述高速A/D采样芯片(21)的输入端与所述太赫兹发射接收装置(1)的输出端连接，输出端与所述处理器(22)的输入端连接；
所述内存存储器(23)与所述处理器(22)的输出端连接；
所述晶振(24)与所述处理器(22)的输入端连接；
所述时钟(25)与所述时钟芯片(26)的输入端连接，时钟芯片(26)的输出端与各个所述高速A/D采样芯片(21)以及处理器(22)的输入端连接；
各个所述高速A/D采样芯片(21)对太赫兹发射接收装置(1)输入的中频回波信号进行采样，并输出至处理器(22)处理并将处理结果发送至所述控制系统(3)和上位机(4)；所述晶振(24)用于给处理器(22)提供时钟输入，内存存储器(23)用于为处理器(22)信号处理的过程的数据提供数据缓存；时钟芯片(26)根据时钟(25)的输入信号为各个高速A/D采样芯片(21)以及处理器(22)提供与太赫兹发射接收装置(1)同源时钟。
4.如权利要求3所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统，其特征在于，所述处理器(22)包括：互相建立通信连接的处理器系统(221)和可编程逻辑(222)；
所述晶振(24)与处理器系统(221)的输入端连接，为其提供时钟输入；可编程逻辑(222)的输出端与内存存储器(23)中的第一内存连接，并且可编程逻辑(222)通过网络与所述上位机(4)通信连接；
各个所述高速A/D采样芯片(21)以及所述时钟芯片(26)均与可编程逻辑(222)的输入端连接；可编程逻辑(222)与内存存储器(23)中的第二内存以及第三内存连接，并且与所述控制系统(3)通信连接。
5.如权利要求4所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统，其特征在于，所述第一内存和第二内存均为动态随机存取存储器，所述第三内存为静态随机存取存储器。
6.一种基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，采用如权利要求1至5任一项所述的太赫兹雷达探测系统实现，其特征在于，包含以下步骤：
S0：向目标发射太赫兹信号并接收目标回波信号，对其进行中频滤波放大处理并输出多通道中频回波信号；
S1：对所述多通道中频回波信号进行采样；
S2：对采样的各通道中频回波信号进行数字下变频处理得到多通道基带回波数据；
S3：对各通道基带回波数据进行非线性补偿，并进行快速傅里叶变换处理得到目标的速度、角度、距离、对目标进行精细化成像。
7.如权利要求6所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，其特征在于，所述S1步骤包含：对各个高速A/D采样芯片(21)进行配置，首先配置为校准模式，校准完成后配置为正常工作模式，对多通道的中频回波信号进行A/D采样。
8.如权利要求6所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，其特征在于，所述S2步骤包含：对各通道中频回波信号进行数字下变频处理变换到基带；
数字下变频处理主要包含数字正交基带变换及滤波抽取两个部分；
其中数字正交基带变换得到的采样频率选择满足如下公式：
其中，B为中频回波信号带宽，fI为中频回波信号频率，fs为采样频率；中频回波信号与数字本振相乘；
滤波抽取采用多级滤波器级联模式实现，包括依次经过CIC滤波器、HB滤波器以及CIC补偿滤波器滤波处理，并输出I、Q两路基带回波数据。
9.如权利要求6所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，其特征在于，所述S3步骤包含以下内容：
S31：对各通道数字下变频处理后的基带回波数据进行非线性补偿，补偿后数据进行距离维快速傅里叶变换处理，通过搜索最大幅值进行目标检测，以一个通道为基准通道，其他通道为校准通道，计算校准通道与基准通道间目标幅值最大点处的相位差值，即为系统通道间的相位差异；
S32：对各通道数字下变频处理后的数据进行快速傅里叶变换处理，通过最大幅值点检测确定目标位置点，进行速度估计，并对目标点通道间相位差值进行提取，根据通道间干涉测角原理计算方位角θ、俯仰角γ；
S33：对各通道数字下变频处理后的数据进行速度补偿，对补偿后数据进行距离维快速傅里叶变换处理，最大值点搜索法进行目标检测，并计算目标距离值；
S34：对各通道数字下变频处理后的数据进行非线性补偿，并对非线性补偿后数据进行速度补偿，对速度补偿后数据依次进行距离维快速傅里叶变换处理、多普勒维快速傅里叶变换处理，获得距离-多普勒二维像，对目标质心进行估计，根据目标质心点位置进行距离、速度的解算；对距离维快速傅里叶变换处理结果进行频谱截取，精细化成像处理，再进行多普勒维快速傅里叶变换处理，根据幅值大小进行目标点判断，对目标点位置进行方位角、俯仰角等信息解算，根据方位角、俯仰角对目标进行三维成像。
10.如权利要求6所述的基于Zynq平台的太赫兹雷达探测方法，其特征在于，对所述S3步骤的处理结果分别输出至控制系统(3)及上位机(4)，控制系统(3)根据处理结果控制所述二维电机(5)对天线指向进行调整，以及对太赫兹发射接收装置(1)产生的参考信号的延时进行调整，上位机(4)对处理结果进行显示及存储。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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