雷达系统及在雷达系统中存储数据的方法与流程

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种雷达系统及在雷达系统中存储数据的方法。

背景技术：

近些年以来，随着对雷达探测性能要求的提高，在大力发展射频组件和信号处理技术的同时，想要获得更多的探测信息，对雷达的带宽也提出了更高的要求，特别是在高频段，如ku和ka波段雷达等。然而，带宽的增大意味着传输的数据量就会成倍增加。

为了找到更好的雷达检测方法，需要把雷达检测之前的原始数据存储下来进行分析，以便找到更好的检测方法。现有的雷达数据存储方式，大多数都是由数据处理组件存储雷达目标检测后的点迹信息或者是由雷达终端存储数据处理后的航迹信息，如图1所示。由数据处理组件存储点迹信息能在信号处理的目标检测上有优化作用，由雷达终端存储航迹信息可以优化信号处理的航迹处理。

但是，根据雷达周围环境的变化，雷达的杂波是不一样的。这样就需要存储在雷达目标检测之前的数据，然后进行仿真分析，以便找到更好的检测方法。

现有的雷达数据存储方式很多都是基于目标点迹信息或者行迹信息存储的。也有一些雷达的基带信号的存储，不过都是针对于低带宽的雷达，而且存储方式上也比较麻烦。

技术实现要素：

本发明提供了一种对高带宽的雷达基带信号数据进行存储的方案，其利用fpga的rapidio高速协议以及光纤传输的接口方式，实现了对雷达原始数据的采集分析，具有消耗资源少、接口方便、传输距离远等优点。

根据本发明的一个方面，提供了一种雷达系统，其包括：

射频组件，其被配置为发射雷达信号并且接收回波信号；

信号处理组件，其被配置为对所述回波信号进行ad采样后再下变频为基带信号并滤除其直流分量，并且将滤波后的数据分为两路相同的数据，其中第一路数据利用rapidio接口输出以备存储，第二路数据依次进行脉压处理、数据重排处理和目标检测处理；

数据处理组件，其被配置为对经目标检测处理的第二路数据进行点迹处理和航迹处理；以及

终端设备，其被配置为显示经航迹处理的第二路数据，并且根据所显示的数据的状态发送指令给所述信号处理组件以启动和停止对所述第一路数据的存储。

在一实施例中，所述rapidio接口采用5gbps和4x模式进行数据存储，使得最高数据存储速率达到20gbps。

在一实施例中，所述第一路数据利用rapidio接口通过光纤输出。

在一实施例中，对所述回波信号进行ad采样后利用下式进行下变频：

其中，x(t)为待进行下变频的信号，t为时间，x(f)为x(t)的频谱，f为雷达的载波频率。

在一实施例中，采用低通滤波器来滤除所述基带信号的直流分量。

根据本发明的另一方面，提供了一种在雷达系统中存储数据的方法，其包括：

接收雷达信号的回波信号；

对所述回波信号进行ad采样后再下变频为基带信号并滤除其直流分量；

将滤波后的数据分为两路相同的数据，其中第一路数据利用rapidio接口通过光纤输出以备存储，第二路数据依次进行脉压处理、数据重排处理和目标检测处理；

对经目标检测处理的第二路数据进行点迹处理和航迹处理；以及

显示经航迹处理的第二路数据，并且根据所显示的数据的状态发送指令以启动和停止对所述第一路数据的存储。

在一实施例中，所述rapidio接口采用5gbps和4x模式进行数据存储，使得最高数据存储速率达到20gbps。

在一实施例中，所述第一路数据利用rapidio接口通过光纤输出。

在一实施例中，对所述回波信号进行ad采样后利用下式进行下变频：

其中，x(t)为待进行下变频的信号，t为时间，x(f)为x(t)的频谱，f为雷达的载波频率。

在一实施例中，采用低通滤波器来滤除所述基带信号的直流分量。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明利用fpga的rapidio高速协议以及光纤传输的接口方式，实现了对高带宽的雷达基带信号数据的存储，具有消耗资源少、接口方便、传输距离远等优点。另外，可以利用终端设备查看雷达的状态以及航迹信息等，然后对比分析所存储的数据的有效性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1示意性地示出了根据本发明的雷达系统的结构框图。

图2示意性地示出了雷达数据存储的框架。

图3为根据本发明的在雷达系统中存储数据的方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不必用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

图1示意性地示出了根据本发明的雷达系统的结构框图。如图1所示，根据本发明实施例的雷达系统主要包括：射频组件、信号处理组件、数据处理组件以及终端设备。

射频组件可被配置为发射雷达信号并且接收回波信号。

普通的脉冲雷达的回波信号是一个载波信号为f0的矩形脉冲信号，可表示为：

式(1)中，x(t)表示回波信号，表示一个正弦信号，a、f0以及分别表示该正弦信号的振幅、频率和初相，t为时间，rect(t)为矩形函数：

式(2)中，τ为矩形宽度。

信号处理组件被配置为首先对回波信号进行ad采样，将模拟信号转换成数字信号，转换后的信号依旧表示为x(t)。

雷达信号一般为中频信号，经过ad采样后，由于采样时钟较高，这样的数据是不利于存储的，因此需要信号处理组件将其下变频为基带信号以便于存储。

根据傅里叶变换理论，任何一个信号x(t)都可以表示为许多正弦信号之和，而这些正弦信号的幅度和相角可以通过x(t)的傅里叶变换得到，即：

式(3)中，x(f)代表信号x(t)在频域的特性，称为信号x(t)的频谱，f为雷达的载波频率。通过式(3)可以实现对信号x(t)的频域转换和下变频。

通常x(f)是一个复函数。

x(f)＝xr(f)+jxi(f)＝|x(f)|e^jφ(f)(4)

式(4)是下变频后的信号的实部和虚部表示方式。式(4)中，xr(f)和xi(f)分别为频谱x(f)的实部和虚部。

φ(f)＝arctan[xi(f)/xr(f)](6)

式(5)和式(6)是下变频后的信号的幅度和相位表示方式。式(5)中，|x(f)|为信号x(t)的幅度谱；式(6)中，φ(f)为信号x(t)的相位谱。

根据雷达的原理可知，雷达信号经过下变频后，根据雷达信号的带宽需要进行滤波，来滤除信号的直流分量等。在一实施例中，采用低通滤波器来滤除基带信号的直流分量。

滤波后的数据被分为两路相同的数据，其中第一路数据利用rapidio接口输出以备存储。可以将第一路数据例如通过光纤输出到非易失性存储器中，例如硬盘中。由此实现了对高带宽的雷达基带信号数据的存储，提升了雷达的数据存储能力，并且，通过光纤可以实现远距离稳定传输。所存储的数据可以用于进行仿真分析，来找更好的雷达处理算法。

rapidio是一种高性能、引脚数少、基于数据包交换的互连体系结构，可与集成通信处理器、主机处理器和网络数字信号处理器等连接。根据最新的rapidio协议规范最高可支持6.25ghz的传输速率。根据传输双方自定时钟协议，可以灵活设置传输数据的大小，从而可以满足很多场合的需求。

在一实施例中，本发明利用fpga(现场可编程门阵列)的rapidio传输特性，设计了5gbps和4x模式的雷达数据存储，使得最高速率可达到20gbps，从而能够满足多数高带宽雷达的下变频后的雷达数据率，极大地提高对雷达原始数据的采集分析。

在根据本发明一实施例的雷达系统的实际应用中，雷达经过下变频后的数据率为25mbps，存储的雷达数据率为8路的数字波束合成(dbf)的数据，每路数据又有实部i和虚部q两路，其中每路数据为32位宽，则总的数据率为：25*8*2*32/1024＝12.5gbps，因此，上述的5gbps和4x模式的设计可以满足实际需求。雷达数据存储的框架如图2所示。

信号处理组件还可被配置为对滤波后的第二路数据依次进行脉压处理、数据重排处理和目标检测处理。这些处理都是常规的雷达信号处理过程，并且本领域技术人员知晓如何进行处理，在此不再赘述。

数据处理组件可被配置为对目标检测处理后的第二路数据进行点迹处理和航迹处理。点迹处理和航迹处理也都是常规的雷达信号处理过程。

终端设备可被配置为显示航迹处理后的第二路数据，并且根据所显示的数据的状态发送指令给信号处理组件，以在观察到可以采集数据的状态时启动对第一路数据的存储，并且在采集完毕后，停止对第一路数据的存储。

利用终端设备还可以查看雷达的状态以及航迹信息等，然后对比分析存储的有效数据。

本发明还涉及一种在雷达系统中存储数据的方法。图3为根据本发明的在雷达系统中存储数据的方法的流程图。如图3所示，在雷达系统中存储数据的方法主要包括如下步骤：

步骤s301，接收雷达信号的回波信号；

步骤s302，对所述回波信号进行ad采样后再下变频为基带信号并滤除其直流分量；

步骤s303，将滤波后的数据分为两路相同的数据，其中第一路数据利用rapidio接口通过光纤输出以备存储，第二路数据依次进行脉压处理、数据重排处理和目标检测处理；

步骤s304，对经目标检测处理的第二路数据进行点迹处理和航迹处理；以及

步骤s305，显示经航迹处理的第二路数据，并且根据所显示的数据的状态发送指令以启动和停止对所述第一路数据的存储。

在一实施例中，所述rapidio接口采用5gbps和4x模式进行数据存储，使得最高数据存储速率达到20gbps。

在一实施例中，所述第一路数据利用rapidio接口通过光纤输出。

在一实施例中，对所述回波信号进行ad采样后利用下式进行下变频：

其中，x(t)为待进行下变频的信号，t为时间，x(f)为x(t)的频谱，f为雷达的载波频率。

在一实施例中，采用低通滤波器来滤除所述基带信号的直流分量。

本发明利用fpga的rapidio高速协议以及光纤传输的接口方式，实现了对高带宽的雷达基带信号数据的存储，具有消耗资源少、接口方便、传输距离远等优点。另外，可以利用终端设备查看雷达的状态以及航迹信息等，然后对比分析所存储的数据的有效性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。