基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统以及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于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。本发明专利技术提供的一种基于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。功能。功能。

【技术实现步骤摘要】
基于Zynq平台的太赫兹雷达探测系统以及方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]为了满足远距高速运动目标的探测及目标的精细化成像，本专利技术采用连续波测速、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。

技术实现思路

[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于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；
[0006]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；
[0007]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。
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]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；
[0013]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；
[0014]所述内存存储器与所述处理器的输出端连接；
[0015]所述晶振与所述处理器的输入端连接；
[0016]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；
[0017]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。
[0018]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；
[0019]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；
[0020]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。
[0021]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。
[0022]本专利技术还提供了一种基于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：
[0023]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；
[0024]S1：对所述多通道中频回波信号进行采样；
[0025]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；
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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；
[0029]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；
[0030]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：
[0031]且f
s
＞2B，n＝1,2,3
…
[0032]其中，f
I
为中频回波信号频率，f
s
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；
[0033]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。
[0034]进一步地，所述S3步骤包含以下内容：
[0035]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；
[0036]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。
[0037]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。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁影，郑广瑜，张凤萍，盛佳恋，黄嘉智，陈潜，王海涛，魏维伟，王平，王洁，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：