雷达回波状态监测方法及装置与流程

1.本发明涉雷达信号处理技术领域，具体涉及一种雷达回波状态监测方法及装置。


背景技术：

2.雷达成像技术越来越向高分辨率、高集成度、高可靠性方向发展，对雷达采样通道、数据传输速度提出了更高的要求。ad采样设备将雷达回波采样量化后，进行数字解调、抽取滤波、波束形成、fft、脉冲压缩等一系列数字信号处理。同时一幅sar图像，回波数据就有几百gb，上tb大小。为了避免系统故障、参数配置异常等错误，导致回波状态异常，浪费人力物力，对回波数据状态检测尤为重要。
3.目前，雷达回波数据的传输链路都是基于高速接口传输，回波数据量大。前期调试过程中回波数据的状态监测是基于连接调试仿真器进行状态抓取。这种监测手段前期调试过程中能够快速定位问题，但中期调试将浪费人力资源，后期产品交付该监测手段不再适用。
4.另一种常用方法是对回波数据的大小进行统计，低于有效数据的阈值下限是噪声，高于阈值上限溢出，介于阈值之间是有效数据。比如申请号为202010512096.5的发明专利申请公开的一种雷达回波数据处理方法，根据确定的顶高回波阈值、垂直梯度值以及回波变化阈值中的至少一个替换对应的初始判断参数，并根据替换后的初始判断参数对雷达基数据进行筛选。因为是对回波数据大小进行统计，资源占用较多，且回波处理延迟大。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何实现对回波数据状态的高效监测，且节省资源。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一方面，采用一种雷达回波状态监测方法，所述方法包括：
8.获取回波数据；
9.对所述回波数据分别进行前导零预测和前导一预测，得到正数的符号位个数和负数的符号位个数结果；
10.根据所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数，进行数值统计，得到回波符号位位宽；
11.根据所述回波符号位位宽，确定所述回波数据的状态。
12.通过前导零和前导一分别判断回波数据正数和负数的数据位宽，通过正负整数的范围共同判断回波数据的大小，监测结果可靠性高，采用预测符号位个数的方法统计数据范围，比通过电路判断数据大小要简单，高效，且占用资源少。
13.进一步地，在所述获取回波数据之后，还包括：
14.判断所述回波数据的位宽n是否为2的正数次幂；
15.若是，则确定所述回波数据为有效回波数据；
16.若否，则对所述回波数据进行补位，使其位宽n为2的整数次幂后确定其为有效回波数据；
17.对所述有效回波数据分别进行所述前导零预测和所述前导一预测。
18.进一步地，所述对所述回波数据分别进行前导零预测和前导一预测，得到正数的符号位个数和负数的符号位个数结果，包括：
19.对所述回波数据进行前导零预测，计算每个所述回波数据最高位第一个1的位置，得到所述回波数据高位零的个数作为所述正数的符号位个数；
20.对所述回波数据进行前导一预测，计算每个所述回波数据最高位第一个0的位置，得到所述回波数据高位1的个数作为所述负数的符号位个数。
21.进一步地，所述根据所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数，进行数值统计，得到回波符号位位宽，包括：
22.将所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数中的最小值作为所述回波符号位位宽。
23.进一步地，所述根据所述回波符号位位宽，确定所述回波数据的状态，包括：
24.当所述回波符号位位宽等于0或者n-1时，确定所述回波数据的状态是无信号；
25.当所述回波符号位位宽等于1时，确定所述回波数据的状态是有溢出风险；
26.当所述回波符号位位宽介于m和n-2之间时，确定所述回波数据的状态是噪声；
27.当所述回波符号位位宽介于m+1和2之间时，确定所述回波数据的状态是有效信号；
28.其中，n为所述回波数据的位宽，m值是系统噪声符号位位宽，通过系统标定获得。
29.第二方面，采用一种雷达回波状态监测装置，所述装置包括：
30.获取模块，用于获取回波数据；
31.处理模块，用于对所述回波数据分别进行前导零预测和前导一预测，得到正数的符号位个数和负数的符号位个数结果；
32.统计模块，用于根据所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数，进行数值统计，得到回波符号位位宽；
33.状态确定模块，用于根据所述回波符号位位宽，确定所述回波数据的状态。
34.进一步地，所述处理模块包括前导零子模块和前导一字模块，其中，所述前导零模块包括n个4位导零单元、n/2个8位导零单元和n/4个16位导零单元，每个所述8位导零单元的输入接有两个所述4位导零单元、输出接有所述16位导零单元，其中，n＝回波数据位宽补成2的整数次幂/4。
35.需要说明的是，4位位宽的导零单元是最小处理单元，回波数据位宽补成2的整数次幂之后，是4的倍数，这个倍数就是需要4位位宽的处理单元的个数，若回波位宽32位，则需要8个4位位宽的处理单元。
36.进一步地，所述前导一模块包括n个4位导一单元、n/2个8位导一单元和n/4个16位导一单元，每个所述8位导一单元的输入接有两个所述4位导一单元、输出接有所述16位导一单元，其中，n＝回波数据位宽补成2的整数次幂/4。
37.进一步地，所述统计模块，具体用于：
38.将所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数中的最小值作为所述回波符
号位位宽。
39.进一步地，所述状态确定模块，具体用于：
40.当所述回波符号位位宽等于0或者n-1时，确定所述回波数据的状态是无信号；
41.当所述回波符号位位宽等于1时，确定所述回波数据的状态是有溢出风险；
42.当所述回波符号位位宽介于m和n-2之间时，确定所述回波数据的状态是噪声；
43.当所述回波符号位位宽介于m+1和2之间时，确定所述回波数据的状态是有效信号；
44.其中，n为所述回波数据的位宽，m值是系统噪声符号位位宽，通过系统标定获得。
45.本发明的优点在于：
46.(1)通过前导零和前导一分别判断回波数据正数和负数的数据位宽，通过正负整数的范围共同判断回波数据的大小，监测结果可靠性高，采用预测符号位个数的方法统计数据范围，比通过电路判断数据大小要简单，高效，且占用资源少。
47.(2)前导零子模块和前导一子模块通过利用最小4位位宽的处理单元级联，可扩展到更大位宽的数据监测，处理方法简单，且监测结果延迟低。
48.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
49.图1是本发明第一实施例中雷达回波状态监测方法的流程图；
50.图2是本发明第一实施例中回波数据有效性判断示意图；
51.图3是本发明第二实施例中雷达回波状态监测装置的结构图；
52.图4是本发明第二实施例中前导零子模块的结构图；
53.图5是本发明第二实施例中前导一字模块的结构图；
54.图6是本发明第二实施例中统计模块的结构图；
55.图7是本发明中监测过程示意图。
具体实施方式
56.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.如图1所述，本发明第一实施例公开了一种雷达回波状态监测方法，所述方法包括如下步骤：
58.s10、获取回波数据；
59.s20、对所述回波数据分别进行前导零预测和前导一预测，得到正数的符号位个数和负数的符号位个数结果；
60.s30、根据所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数，进行数值统计，得到回波符号位位宽；
61.s40、根据所述回波符号位位宽，确定所述回波数据的状态。
62.需要说明的是，通过对回波数据进行前导零预测和前导一预测，分别判断回波数据正数和负数的数据位宽，通过正负整数的范围共同判断回波数据的大小，监测结果可靠性高，采用预测符号位个数的方法统计数据范围，比通过电路判断数据大小要简单，高效，且占用资源少。
63.在一些实施例中，如图2所示，在所述步骤s10之后，所述方法还包括如下步骤：
64.s1、判断所述回波数据的位宽n是否为2的正数次幂，若是则执行步骤s3，若否则执行步骤s2；
65.s2、对所述回波数据进行补位，使其位宽n为2的整数次幂，然后执行步骤s3；
66.s3、确定所述回波数据为有效回波数据，对所述有效回波数据分别进行所述前导零预测和所述前导一预测。
67.具体地，回波数据位宽拆分成4位整数倍进入4位位宽的处理单元进行处理，在回波数据的位宽n不是2的正数次幂时，向低位补1，使位宽到2的的整数次幂，进行前导零预测。向低位补0，使位宽到2的整数次幂，进行前导一预测。
68.在一些实施例中，所述步骤s20，包括如下步骤：
69.s201、对所述回波数据进行前导零预测，计算每个所述回波数据最高位第一个1的位置，得到所述回波数据高位零的个数作为所述正数的符号位个数；
70.s202、对所述回波数据进行前导一预测，计算每个所述回波数据最高位第一个0的位置，得到所述回波数据高位1的个数作为所述负数的符号位个数。
71.需要说明的是，前导零预测用于对雷达回波输入的数据作前导零预测，计算每个回波数据最高位第一个1的位置，对于正整数，则是符号位0的个数。前导一预测用于对雷达回波输入的数据作前导一预测，计算每个回波数据最高位第一个0的位置，对于负整数，则是符号位1的个数。
72.在一些实施例中，所述步骤s30，包括：
73.将所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数中的最小值作为所述回波符号位位宽。
74.需要说明的是，对于前导零预测和前导一预测的结果进行统计，统计出雷达回波数据正整数的符号位和负整数的符号位，取最小符号位值作为回波符号位位宽。
75.在一些实施例中，所述步骤s40，包括：
76.当所述回波符号位位宽等于0或者n-1时，确定所述回波数据的状态是无信号；
77.当所述回波符号位位宽等于1时，确定所述回波数据的状态是有溢出风险；
78.当所述回波符号位位宽介于m和n-2之间时，确定所述回波数据的状态是噪声；
79.当所述回波符号位位宽介于m+1和2之间时，确定所述回波数据的状态是有效信号；
80.其中，n为所述回波数据的位宽，m值是系统噪声符号位位宽，通过系统标定获得。
81.如图3所示，本发明第二实施例公开了一种雷达回波状态监测装置，所述装置包括：
82.获取模块10，用于获取回波数据；
83.处理模块20，用于对所述回波数据分别进行前导零预测和前导一预测，得到正数的符号位个数和负数的符号位个数结果；
84.统计模块30，用于根据所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数，进行数值统计，得到回波符号位位宽；
85.状态确定模块40，用于根据所述回波符号位位宽，确定所述回波数据的状态。
86.需要说明的是，通过处理模块对回波数据前导零和前导一分别判断回波数据正数和负数的数据位宽，通过正负整数的范围共同判断回波数据的大小，监测结果可靠性高，采用预测符号位个数的方法统计数据范围，比通过电路判断数据大小要简单，高效，且占用资源少。
87.进一步地，所述处理模块包括前导零子模块和前导一字模块，其中，所述前导零模块包括n个4位导零单元、n/2个8位导零单元和n/4个16位导零单元，每个所述8位导零单元的输入接有两个所述4位导零单元、输出接有所述16位导零单元，其中，n＝回波数据位宽补成2的整数次幂/4。
88.需要说明的是，4位位宽的导零单元是最小处理单元，回波数据位宽补成2的整数次幂之后，是4的倍数，这个倍数就是需要4位位宽的处理单元的个数，若回波位宽32位，则需要8个4位位宽的处理单元。
89.需要说明的是，如图4所示，以16位输入数据为例，以4位导零单元lzd4为最小单元，进行16位的数据导零预测处理，输出4位结果。
90.4位导零单元lzd4的逻辑表达式为：
91.v＝d[0]|d[1]|d[2]|d[3]；
[0092]
p＝{～(d[2]|d[3]),((d[2]|d[3])？～d[3]:～d[1]}；
[0093]
8位导零单元lzd8逻辑表达式为：
[0094]
v＝v[0]|v[1]；
[0095]
p＝{～v[1],((v[1])？p[1]:p[0]}；
[0096]
依次类推，在16位导零单元lzd16时，逻辑表达式类似，但只输出结果p,输出结果p是前导零结果，数据最高位出现第一个1的位置，即符号位0的个数。
[0097]
进一步地，所述前导一模块包括n个4位导一单元、n/2个8位导一单元和n/4个16位导一单元，每个所述8位导一单元的输入接有两个所述4位导一单元、输出接有所述16位导一单元，其中，n＝回波数据位宽补成2的整数次幂/4。
[0098]
需要说明的是，如图5所示，以16位输入数据为例，4位导一单元lod4为最小单元，进行16位的数据导一预测处理，输出4位导一结果。
[0099]
4位导一单元lod4的逻辑表达式为：
[0100]
v＝d[0]&d[1]&d[2]&d[3]；
[0101]
p＝{d[2]&d[3],(～(d[2]&d[3])？d[3]:d[1]}；
[0102]
8位导一单元lod8逻辑表达式为：
[0103]
v＝v[0]&v[1]；
[0104]
p＝{v[1],((～v[1])？p[1]:p[0]}；
[0105]
依次类推，在16位导一单元lod16时，逻辑表达式类似，但只输出结果p。
[0106]
需要说明的是，前导零子模块和前导一子模块通过利用最小4位位宽的处理单元级联，可扩展到更大位宽的数据监测，处理方法简单，且监测结果延迟低。
[0107]
需要说明的是，本实施例中以4位宽处理单元做为最小处理模块级联，使用与或门
逻辑搭建，并在fpga上使用硬件编程语言实现，具有模块化实现不同位宽的数据判断，使用简单，处理单元并行级联，数据输出延迟小，以及最基本的与或门电路即可实现，fpga使用资源少等优点。
[0108]
进一步地，所述统计模块30，具体用于：
[0109]
将所述正数的符号位个数和所述负数的符号位个数中的最小值作为所述回波符号位位宽。
[0110]
如图6所示，统计模块是对回波数据的导零结果、导一结果进行统计，统计回波数据的符号位个数，雷达回波是正负整数，导零结果最小值是0，次小值表示正数的符号位个数。导一结果最小值是0，次小值表示负数的符号位个数。取两个次小值的最小值，则为回波数据的符号位宽。
[0111]
进一步地，所述状态确定模块40，具体用于：
[0112]
当所述回波符号位位宽等于0或者n-1时，确定所述回波数据的状态是无信号；
[0113]
当所述回波符号位位宽等于1时，确定所述回波数据的状态是有溢出风险；
[0114]
当所述回波符号位位宽介于m和n-2之间时，确定所述回波数据的状态是噪声；
[0115]
当所述回波符号位位宽介于m+1和2之间时，确定所述回波数据的状态是有效信号；
[0116]
其中，n为所述回波数据的位宽，m值是系统噪声符号位位宽，通过系统标定获得。
[0117]
监测的过程如图7所示，输入一个位宽为8的雷达回波数据，数据长度24个字节。已知系统噪声幅度位宽是4。所以回波位宽等于0或7则表明无数据，位宽等于1表明数据有溢出风险，等于2或3表明回波为有效数据，等于4到6中间值，表明回波是噪声。回波经过前导零、前导一的检测，通过结果统计模块次小值是2，说明回波位宽大小是2，在有效数据范围区间，表明回波数据是有效数据。
[0118]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0119]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路
的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0120]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0121]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0122]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。