一种基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106154258A(43)申请公布日2016.11.23(21)申请号201610802038.X(22)申请日2016.09.05(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人蔡征宇李亚飞程风雷杜莹莹叶心静张建城(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人薛云燕(51)Int.Cl.G01S13/58(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理系统，包括顺次连接的信号调理电路、AD转换电路、FPGA模块、ARM处理器和上位机，其中：信号调理电路，将多普勒信号变换成适合系统电路处理的模拟信号；AD转换电路，将模拟信号转换成数字信号，并输入FPGA模块进行处理；FPGA模块作为协处理器，完成从时域信号到频域信号的转换；ARM处理器作为主控制器，负责整个系统的运行、控制各模块间的通信以及数据的传输与存储，将FPGA模块输出的频域信号传送至上位机；上位机，对频域信号做功率谱识别、追踪法去除野点、拟合处理，最终得到速度曲线，并计算得到初速度值。本发明具有集成度高、功耗低、成本低的优点，应用范围广泛。CN106154258ACN106154258A权利要求书1/2页1.一种基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理系统，其特征在于，包括顺次连接的信号调理电路、AD转换电路、FPGA模块、ARM处理器和上位机，其中：信号调理电路，将多普勒信号变换成适合系统电路处理的模拟信号；AD转换电路，将模拟信号转换成数字信号，并输入FPGA模块进行处理；FPGA模块作为协处理器，完成从时域信号到频域信号的转换；ARM处理器作为主控制器，负责整个系统的运行、控制各模块间的通信以及数据的传输与存储，将FPGA模块输出的频域信号传送至上位机；上位机，对频域信号做功率谱识别、追踪法去除野点、拟合处理，最终得到速度曲线，并计算得到初速度值。2.根据权利要求1所述的基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理系统，其特征在于，所述ARM处理器有两方面的作用，一是对FPGA模块进行控制，包括：系统复位，软件触发，延时参数设置；另一方面是读取FPGA模块中的功率谱数据并传送至上位机进行分析，最终得到目标的运动参数。3.根据权利要求1所述的基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理系统，其特征在于，所述FPGA模块由地址译码模块、AD转换控制电路模块、总线模块、时钟发生模块、乒乓FIFO存储模块、FFT处理模块、输出FIFO存储模块七个模块组成，乒乓FIFO存储模块存储AD采样值，FFT处理模块读取乒乓FIFO存储模块中的缓存数据，进行FFT处理后将结果缓存到输出FIFO存储模块中，ARM处理器与FPGA模块之间的数据传输通过总线模块进行。4.一种基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，信号调理电路将多普勒信号变换成适合系统电路处理的模拟信号；步骤2，AD转换电路将模拟信号转换成数字信号，并输入FPGA模块进行处理；步骤3，FPGA模块作为协处理器，完成从时域信号到频域信号的转换；步骤4，ARM处理器作为主控制器，负责整个系统的运行、控制各模块间的通信以及数据的传输与存储，将FPGA模块输出的频域信号传送至上位机；步骤5，上位机对频域信号做功率谱识别、追踪法去除野点、拟合处理，最终得到速度曲线，并计算得到初速度值。5.根据权利要求4所述的基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理方法，其特征在于，步骤3所述FPGA模块作为协处理器，完成从时域信号到频域信号的转换，具体如下：对AD转换电路输出的数字信号进行扩展并存储，乒乓FIFO存储模块存满1024点后开始做FFT变换，将FFT变换结果缓存到输出FIFO存储模块中，FIFO存储模块的数据通过总线模块从FPGA模块传输到ARM处理器。6.根据权利要求4所述的基于外弹道毫米波测速雷达信号实时处理方法，其特征在于，步骤5所述上位机对频域信号做功率谱识别、追踪法去除野点、拟合处理，最终得到速度曲线，并计算得到初速度值，具体如下：(1)上位机对频域信号做功率谱识别，求出当前时间点信号的最大功率谱，然后计算出最大功率谱对应的频率fd(t)以及对应的速度值，再根据多普勒原理得出当前时间点对应的速度v(t)；(2)在弹道上采集64个时间点的数据，并得到该64个时间点对应的速度V(t)；(3)根据该64个时间点所对应的速度-时间关系，得到速度-时间曲线，并采用追踪法去2CN106154258A权利要求书2/2页除野点；(4)用线性拟合的方法得到最终的速度曲线，并计算得