[发明专利]基于多频移键控体制的车载雷达目标测量系统及运行方法

权利要求书

1.基于多频移键控体制的车载雷达目标测量系统，其特征是：包括电源模块、分别与电源模块连接的FPGA信号处理模块、雷达传感器模块及结果显示上位机，其中：

雷达传感器模块包括阵列天线、射频电路和锁相环电路；

FPGA信号处理模块包括数据采集模块、锁相环控制模块以及数据处理模块；

FPGA信号处理模块的锁相环控制模块产生SPI控制信号，控制雷达传感器模块中的锁相环电路产生MFSK调制信号，然后将信号送入射频电路，射频电路对调制信号进行上变频处理，并将信号通过阵列天线发射出去，信号遇到目标被反射回来，阵列天线接收回波信号；射频电路再对回波信号做下变频和差分处理，得到I、Q两路正交模拟信号；数据采集模块对I、Q两路正交模拟信号进行采样转化为数字信号，然后将数据送入数据处理模块进行处理和计算，最后将计算结果输出到结果显示上位机上。

2.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述的锁相环控制模块根据系统对调制信号类型、周期、幅度指标要求，调整寄存器参数，并以SPI通信的形式输出相应的控制信号，来配置锁相环电路，同时为锁相环电路的正常工作提供时钟，以及天线增益的控制信号。

3.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述的锁相环电路由锁相环芯片和相应的外围电路构成，主要是根据锁相环控制模块的时钟和控制信号，产生相应的MFSK调制信号。

4.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述的射频电路接收来自锁相环电路的VCO调制信号，对该信号进行调制上变频处理，然后将处理后的信号接到阵列天线，同时射频电路对阵列天线接收的回波信号做下变频处理，并将下变频后的信号与上变频信号做差频处理和正交变换，得到正交的两路I、Q信号。

5.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述的阵列天线为平面的微带天线，其包括发射单元和接收单元，主要负责将射频电路调制后的数据发射出去，并接收回波信号，送入射频电路做进一步处理。

6.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述的数据采集模块由模数转换电路构成，主要是采集雷达传感器模块输出的I、Q两路信号，将这些模拟数据转化为数据处理模块可以识别的数字信号，其中采集模块的采样频率由回波差频信号的最大频率决定，采样频率一般取大于等于2倍的最大差频频率。

7.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述的数据处理模块负责整个系统的数据运算，接收数据采集模块的数字信号，然后对数据进行拆分、重组得到I路A、B对应信号和Q路A、B对应信号，然后做全相位FFT处理、求模运算、CA-CFAR处理、峰值搜索、容差函数匹配、相位求解，最后根据得到的信息计算出目标的距离和速度信息。

8.根据权利要求1所述的车载雷达目标测量系统，其特征是：所述车载雷达目标测量系统的测量方法是采用LFM和FSK结合的MFSK波形作为调制信号，对回波信号进行分时采样，再对拆分后的两组数据进行全相位FFT和CA-CFAR处理，取频谱峰值点，对两组峰值点进行容差判断、峰值匹配得到目标对应频谱峰值，进一步得到目标差频频率。然后取峰值位置的实部和虚部数据进行补偿坐标旋转计算(CORIDC)得到目标的相位差信息。根据相应公式计算得到目标的距离和速度。

9.基于多频移键控体制的车载雷达目标系统的运行方法，其特征是：包括如下步骤：

(1)产生多频移键控(MFSK)波形信号

所述的MFSK信号是由LFM和FSK结合的一种新体制，其由FSK波形对应的两个信号A、B步进而得到的，即两个波形交替上升构成MFSK信号。其中每个A、B波形持续的时间相同都是总体的步进时间即调制周期为步进次数N与每个A、B波形持续时间之和T_step的乘积T_CPI＝N×T_step；

MFSK信号是由多个FSK信号步进构成的，其频率数目多，跨度范围大，不同的目标在不同的频率阶层被反射，从而得到不同频率的差频信号；

(2)对差频信号进行采样、拆分、重组

根据奈奎斯特采样定律以f_s为采样频率对回波的差频信号进行采样，采样得到的数据是A、B所对应的交替的I、Q两路回波差频信号，而后端信号处理需要用到的是单独的A、B的回波数据，根据对应发射信号的时间间隔和位置对I、Q两路回波差频数据进行拆分，并将拆分得到的数据进行重组，分别存放在相应的寄存器中；

(3)对重组后的数据进行全相位FFT和CA-CFAR处理

Q两路数据分别对应虚部和实部信息，分别对I、Q两路中A、B对应的差频信号的每个调制周期T_CPI内的数据做全相位FFT运算，然后求A、B对应I、Q两路数据的模，得到A、B两组频谱数据，再对得到的两组频谱做CA-CFAR(单元恒虚警)处理；

(4)求目标对应频率

分别对A、B对应的虚警后的频谱进行峰值搜索，取出峰值点，由于每段频谱的采样时间等于可以得到频率分辨率为

Δf=1TCPI/2=2TCPI]]>

由于同一目标A、B对应的频率应该相同，那么如果A、B差频频率f_AK、f_BK满足下式容差函数

|fAK-fBK|≤2TCPI]]>

则认为该频率对应同一目标，确定真实目标频率值，排除不符合条件的频率；

(5)求目标对应相位差

根据步骤(4)得到的目标峰值点位置及频率，取出目标频谱峰值点对应的实部数据Re[X(m)]，和虚部数据Im[X(m)]。然后利用补偿坐标旋转计算法(CORIDC)求反正切

同理得到得到同一目标A、B波形之间的相位差

(6)计算目标的距离和速度

由上计算已经得到目标的差频频率f_B和对应的相位差可以根据以下公式计算出目标的距离和速度。

其中式中c为光速、f₀为基带频率。B_SW为调制带宽，f_shift为A、B两个调制信号之间对应的频率差。