一种跳扩频通信系统伪码测距、测角方法与流程

本发明涉及智能交通信息采集技术领域，尤其涉及一种跳扩频通信系统伪码测距、测角方法。

背景技术：

目前应用较多的交通信息采集技术是路面接触式的，采集装置掩埋于路面之下，当汽车经过采集装置上方时会引起相应的压力和电磁场的变化，采集装置再将这些变化转换为所需的交通信息。但是这种路面接触式交通信息采集装置也有其缺点，首先安装维护时必须中断交通、破坏路面，维护成本极高；其次是随着使用时间的增长，车辆长期对道路的压力会导致这类装置的检测性能降低，测量精度减小；恶劣环境也会对其正常工作产生不利的影响，使其使用寿命减短。

近几年发展起来的路面非接触式交通信息采集装置中，微波检测系统相对于其他非接触式装置(例如视频探测装置)有着维护简便、受天气环境影响小等优点，被广泛的应用于智能交通信息采集领域。但是，目前的微波检测系统大多应用于目标检测及测速，有的只能对单一目标进行测速，例如卡口雷达，这在实际应用时就需要在每个车道安装一个雷达，而且还要装一个高架杆，使得成本大大提高。近几年也有应用于多车道的超速抓拍雷达，但其中有的一般只能识别一个方向，有的只能抓拍超速行驶车辆，有的对车辆压线行驶检测不准确，各车道之间的干扰也会影响检测性能，会时不时出现错拍的情况。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种跳扩频通信系统伪码测距、测角方法。

本发明提供的跳扩频通信系统伪码测距、测角方法，包括:

根据节点的安装信息、当前通信网络的结构及环境信息确认各通信节点的安装位置；

利用数字信号处理的离散傅里叶变换方法计算出通信系统伪码的和差差三通道分别的相关峰值；

利用自适应门限检测算法检测当前区域有无目标；

检测相应通信节点的方位位置，并判断运动目标个数，计算目标距离、目标测角，确定目标位置；

对当前通信网络节点信息进行跟踪统计。

如上所述的方法，所述利用自适应门限检测算法检测当前区域有无目标，具体为：

将对信号的相关运算等效为循环卷积，将多普勒频移的更新纠正在FFT后的频移中，利用循环移位来实现；

两个长为N的序列a和b之间的循环互相关函数为:

其中，b′＝(b(-n))_N,通过将序列b周期延拓翻转后取主值序列得到；为a和b的循环卷积；

在离散傅里叶变换中，时域循环卷积等于频域相乘：

R_ab(m)＝IDFT[X_a(k)·X_b(k)]＝IDFT[X_a(k)·conj(X_b(k))]，

其中，X_a(k)＝DFT[a(n)]，X_b(k)＝DFT[b(n)]，X_b(k)＝conj[X_b(k)]；

频域移位等效于时域频移:

如上所述的方法，所述计算目标测角，通过和差波束比幅测角实现，其

原理公式为：

其中，F_Δ(θ)为和通道方向图函数，F_∑(θ)为差通道方向图函数，k为比例系数，θ为目标方位角。

如上所述的方法，，所述计算目标测角，通过干涉相位法测角实现，其原

理公式为：

其中，d为两天线的距离，λ为信号波长，为两回波信号的相位差，θ为目标方位角。

如上所述的方法，其中，所述利用数字信号处理的离散傅里叶变换方法计算出通信系统伪码的和差差三通道分别的相关峰值，包括：

和差差三通道信号采样；

通道幅相补偿；

和差差三通道数据杂波抑制；

基于FFT的循环相关捕获。

如上所述的方法，其中，所述的和差差三通道信号采样，利用AD芯片，将三个天线阵列接收的天线回波从模拟信号转换成数字信号。

本发明提供的跳扩频通信系统伪码测距、测角方法包括:根据节点的安装信息、当前通信网络的结构及环境信息确认各通信节点的安装位置；利用数字信号处理的离散傅里叶变换方法计算出通信系统伪码的和差差三通道分别的相关峰值；利用自适应门限检测算法检测当前区域有无目标；检测相应通信节点的方位位置，并判断运动目标个数，计算目标距离、目标测角，确定目标位置；对当前通信网络节点信息进行跟踪统计。本方法基于跳扩频通信系统伪码测距、测角原理，能够准确的对通信网络中的节点进行检测，并对其进行定位，提供通信节点精确的实时位置，具备高精确测角、高分辨率测距等功能。

附图说明

图1为本发明提供的跳扩频通信系统伪码测距、测角方法的流程图；

图2为本发明的时钟生成部分原理框图；

图3为本发明的发射模块部分原理框图；

图4为本发明的接收模块部分原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

图1为本发明提供的跳扩频通信系统伪码测距、测角方法的流程图。如图1所示，跳扩频通信系统伪码测距、测角方法具体可以包括以下内容。

S101、根据节点的安装信息、当前通信网络的结构及环境信息确认各通信节点的安装位置。

在具体应用中，该步骤还可以进一步的包括：

步骤1：收发天线阵列固定时的安装位置、安装俯仰角度以及安装高度；

步骤2：收发天线阵列的移动最高、最低限度设定，需要确定装载收发天线阵列车辆的正确行驶方向及行驶车辆车型；

步骤3：根据天线阵列的位置校准节点检测目标时在相应的位置。

S102、利用数字信号处理的离散傅里叶变换方法计算出通信系统伪码的和差差三通道分别的相关峰值。

在具体应用中，该步骤还可以进一步的包括：

步骤1：和差差三通道信号采样；

步骤2：通道幅相补偿；

步骤3：和差差三通道数据杂波抑制；

步骤4：基于FFT的循环相关捕获。

所述的通道幅相补偿，系统和差差三个通道的采样应具有幅相一致性，但实际情况不能完全保证，需要根据系统及噪声特性进行相应的补偿。所述的和差差三通道数据杂波抑制，利用对消滤波器，抑制各种杂波，以提高三个通道回波信号的信噪比，降低漏检、错检概率。所述的基于FFT的循环相关捕获，分别对和差差三个通道回波信号做距离向FFT和方位时间FFT，以获取回波信号的二维频谱。对线性调频信号做基于FFT的循环相关捕获，因而我们可以通过搜索捕获相关峰均比最高点来寻找动目标位置。

S103、利用自适应门限检测算法检测当前区域有无目标。

在具体应用中，该步骤还可以进一步的包括：

步骤1：自适应环境干扰杂波门限值设置；

步骤2：动目标自适应捕获门限检测。

S104、检测相应通信节点的方位位置，并判断运动目标个数，计算目标距离、目标测角，确定目标位置。

所述的运动目标个数判断，由于目标散射点分布以及信号旁瓣等的影响，一个目标往往会在二维频谱中表现为多个相关峰，但是他们的分布是有一定规律的，所以我们需要根据二维频谱中峰均比高于捕获门限的点的分布判断有几个动目标。

S105、对当前通信网络节点信息进行跟踪统计。

如上所述的方法，其中，所述利用自适应门限检测算法检测当前区域有无目标，具体为：

将对信号的相关运算等效为循环卷积，将多普勒频移的更新纠正在FFT后的频移中，利用循环移位来实现；

两个长为N的序列a和b之间的循环互相关函数为:

其中，b′＝(b(-n))_N,通过将序列b周期延拓翻转后取主值序列得到；为a和b的循环卷积；

在离散傅里叶变换中，时域循环卷积等于频域相乘：

R_ab(m)＝IDFT[X_a(k)·X_b(k)]＝IDFT[X_a(k)·conj(X_b(k))]，

其中，X_a(k)＝DFT[a(n)]，X_b(k)＝DFT[b(n)]，X_b(k)＝conj[X_b(k)]；

频域移位等效于时域频移:

如上所述的方法，其中，所述的目标距离及径向速度计算，可以根据几个目标周围点的分布判断目标中心点，并根据目标中心点的位置对应的距离频点和方位多普勒频点算出目标的距离及径向运动速度。计算公式如下：

式中，T_p为通信节点发送的信号重复时间，r₀为雷达系统理论上所能达

到的最大距离分辨率。

如上所述的方法，其中，所述计算目标测角，可以通过和差波束比幅测

角实现，其原理公式为：

其中，F_Δ(θ)为和通道方向图函数，F_∑(θ)为差通道方向图函数，k为比例系数，θ为目标方位角。

如上所述的方法，其中，所述计算目标测角，可以通过干涉相位法测角

实现，其原理公式为：

其中，d为两天线的距离，λ为信号波长，为两回波信号的相位差，θ为目标方位角。

如上所述的方法，其中，所述利用数字信号处理的离散傅里叶变换方法计算出通信系统伪码的和差差三通道分别的相关峰值，具体可以包括：

和差差三通道信号采样；

通道幅相补偿；

和差差三通道数据杂波抑制；

基于FFT的循环相关捕获。

如上所述的方法，其中，所述的和差差三通道信号采样，利用AD芯片，将三个天线阵列接收的天线回波从模拟信号转换成数字信号。

本发明提供的跳扩频通信系统伪码测距、测角方法包括:根据节点的安装信息、当前通信网络的结构及环境信息确认各通信节点的安装位置；利用数字信号处理的离散傅里叶变换方法计算出通信系统伪码的和差差三通道分别的相关峰值；利用自适应门限检测算法检测当前区域有无目标；检测相应通信节点的方位位置，并判断运动目标个数，计算目标距离、目标测角，确定目标位置；对当前通信网络节点信息进行跟踪统计。本方法基于跳扩频通信系统伪码测距、测角原理，能够准确的对通信网络中的节点进行检测，并对其进行定位，提供通信节点精确的实时位置，具备高精确测角、高分辨率测距等功能。

本发明涉及跳扩频通信系统领域，具体是涉及到一种跳扩频通信系统伪码对跳扩频通信网络中节点间的各项位置信息进行检测，可以对跳扩频通信系统中多个节点进行定位，具备高精确测角、高分辨率测距等功能，可以应用于各种复杂跳扩频通信系统，满足国内外大多数跳扩频通信系统状况。

图2为本发明的时钟生成部分原理框图。如图2所示，为本发明的时钟生成部分原理框图。时钟模块用来提供稳定的时钟源，其中包括数字处理模块系统工作的时钟源、数字上下变频的本振信号。时钟模块主要提供20M系统时钟以及上、下变频的本振时钟；系统时钟直接供到数字模块，然后利用数字时钟分发芯片，供到各部分进行使用；本振时钟分为两级，一级为固定2.05GHz，另一级可以根据数字部分进行控制切换频点。

图3为本发明的发射模块部分原理框图。如图3所示，为本发明的发射模块部分原理框图。发射模块将数字模块送过来的模拟信号进行中频滤波，然后与本振源进行混频，混频完后经过滤波(带宽20M，频点暂定为8620.5～8640.5MHz)、两级放大后达到20mW功率，利用天线发射出去。发射模块采用两次混频方案及数字本振方案，可实现8378.5MHz～8878.5MHz之间灵活频点切换。发射模块利用时钟模块提供的两个本振信号分别于数字模块的70MHz中频进行混频产生发射所需的激励信号，发射信号经过一系列滤波、匹配衰减、驱动放大、最后由功放放大至20mW输出到天线。

图4为本发明的接收模块部分原理框图。如图4所示，为本发明的接收模块部分原理框图，接收模块工作流程如下：接收模块接收天线收到X波段的射频信号，先通过带宽为500M的射频模拟滤波器进行滤波，保留频率为8879.5MHz～9397.5MHz的信号，然后通过功放提高射频信号的功率，然后再经过与时钟模块提供的一级本振信号进行下变频处理，将下变频后的信号再经过模拟滤波器进行滤波，将滤波后的信号再于时钟模块提供的二级本振信号进行下变频处理，然后经过一个中频滤波器得到一个70M中频信号，通过SMA口送到AD口。

本发明的跳扩频通信系统伪码测距、测角方法还在于：可以通过伪码，对整个跳扩频通信系统网络进行监控，适合于多节点网络检测，具备通信节点精确测距、测角的功能，提高了跳扩频通信系统的性价比；可以对整个跳扩频通信系统上及各个节点的位置信息进行科学统计；人工控制简便，因本方法能够准确定位节点，在多节点跳扩频通信系统使用时，可以实现自适应节点网络划分功能，本发明采用自适应捕获门限检测算法，检测性能不受通信环境及噪声干扰的影响，可以长时间工作而中间不再需要人工修正参数，系统维护方便；

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。