[发明专利]一种软件定义的调频连续波雷达系统及其发射信号调制与回波信号处理方法

说明书

本发明提出了一种软件定义的调频连续波雷达系统及其发射信号调制与回波信号处理方法，属于雷达系统与信号处理领域。其中，雷达系统包括软件定义信号源，压控振荡器，功分器，射频发射放大器，发射天线，接收天线，射频接收放大器，混频器，基带信号调理器和软件定义信号处理器。发射信号调制与回波信号处理方法包括以下步骤：首先，雷达系统发射端发射周期性间歇调制信号，然后，在接收端设计了相应的检测算法，从而能够提取有用回波波形、计算被测目标距离。本发明的信号源与信号处理器都是软件定义的，可以根据应用场景灵活调整，提高雷达测距的精度；而且无需产生、无需传输、无需接收同步信号，从而降低了设备硬件成本。

技术领域

本发明涉及雷达系统与信号处理技术领域，具体是一种软件定义的调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)雷达系统及其发射信号调制与回波信号处理方法。

背景技术

非接触式测量是科学研究及应用领域中的重要内容，无线测量、成像作为非接触式测量具有高效率、易维护的优点而备受青睐。由于雨雪、雾霾等天气条件的影响，在进行近场探测，如车流量检测、建筑测量时，使用普通光学相机成像分析往往会受到较大限制。FMCW雷达具有绕射能力强的特点，能在雾霾、雨雪等恶劣环境下实现稳定、高精度的测量和成像，因此具有广泛的应用前景。

然而，现有FMCW雷达往往需要使用专用信号发生器硬件、专用DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理)硬件等。因此，现有FMCW雷达往往只能应用于单一的应用场景，难以根据实际的多样化应用场景需求，灵活地调整设计参数和发射调制波形。

另外，现有FMCW雷达往往需要在发射部分产生调制信号时，同时产生与该调制信号对齐的同步信号，并且把该同步信号传送给接收部分，使接收部分在同步信号的辅助下，才能正确地提取有用的回波信号。然而，由于需要同时发射并且传送两路信号，并且接收机需要同时采集两路信号，从而要求较多的硬件资源，提高了设计成本。

发明内容

为了解决现有FMCW雷达难以根据实际的多样化应用场景需求，灵活地调整设计参数和发射调制波形，以及需要产生同步信号从而提高成本的技术问题，本发明的目的是提供一种软件定义的FMCW雷达系统及其发射信号调制与回波信号处理方法。另外，为了使系统在不使用同步信号的情况下仍能正常工作，设计了多种周期性间歇调制信号，并且为接收端设计了检测算法，从而能够提取有用回波波形、计算被测目标距离。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种软件定义的调频连续波雷达系统，包括软件定义信号源，压控振荡器，功分器，射频发射放大器，发射天线，接收天线，射频接收放大器，混频器，基带信号调理器，软件定义信号处理器；所述软件定义信号源的输出端连接到所述压控振荡器的信号控制端，所述功分器包含一个输入端，和两个输出端分别命名为输出端A和输出端B，所述压控振荡器的输出端连接所述功分器的输入端，所述射频发射放大器的输入端连接到所述功分器的输出端A，所述射频发射放大器的输出端连接所述发射天线的输入端，所述射频接收放大器的输入端连接到所述接收天线的输出端，所述混频器包含两个输入端，分别命名为输入端A和输入端B，以及一个输出端，所述混频器的输入端A连接到射频接收放大器的输出端，所述混频器的输入端B连接到功分器的输出端B，所述基带信号调理器的输入端连接到混频器的输出端，所述软件定义信号处理器的输入端连接到基带信号调理器的输出端；

所述软件定义信号源，用于产生任意波形的调制信号c(t)；

所述压控振荡器，用于在调制信号c(t)的控制下产生射频信号s(t)；

所述功分器，用于将压控振荡器输出的射频信号s(t)分为波形相同的两路信号，分别表示为s1(t)和s2(t)；

所述射频发射放大器，用于将所述信号s1(t)放大后输出，相应输出信号表示为x(t)；