[发明专利]旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置

权利要求书

1.一种旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于AD数据采集；

去直流模块，用于去直流；

窗函数处理模块，用于窗函数处理；

FFT变换变换模块，用于FFT变换；

门限检测模块，用于门限检测；

二进制检测模块，用于二进制检测；

解算模块，用于解算速度、距离或角度中的一种或组合。

2.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述采集模块：

(1)将通道1和通道2中的连续IQ数据，通过AD采样进行数字化处理；

(2)将通道1和通道2中采集到的数据分为三角波的上扫频数据和下扫频数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据。

3.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述去直流模块：

(1)将通道1和通道2中，分别计算各自通道三角波上、下扫频IQ数据的均值；

(2)将各自通道三角波上、下扫频IQ的每一个数据减掉上一步计算得到的均值。

4.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述窗函数处理模块：将通道1和通道2中，三角波的上、下扫频段各自去直流后的时域数据进行加窗处理，选择汉宁窗和/或海明窗。

5.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述FFT变换变换模块：将通道1和通道2中，加窗后的三角波的上、下扫频段数据进行FFT变换，将时域数据转换成频率数据。

6.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述门限检测模块：

(1)将通道1中的三角波上扫频FFT变换后的各个点的复数模值和通道2中的三角波上扫频FFT变换后的对应点上的复数模值，进行平均处理，将通道1中的三角波下扫频FFT变换后的各个点的复数模值和通道2中的三角波下扫频FFT变换后的对应点上的复数模值，进行平均处理；

(2)将平均后的数据，进行CFAR门限检测。

7.如权利要求6所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，CFAR门限检测选择单元平均选小的门限检测方法，具体流程如下：

1)设置参考窗长L，其值可根据外场实测改变，选取为15～20个点，保护单元选择2～3个点；

2)针对单个锯齿波周期数据FFT后的某个模值点，分别计算其前参考窗内L个数据的均值β₁和后参考窗内L个数据的均值β₂，若其前或后窗长小于L，取实际窗长计算均值；

3)比较该点前后窗均值β₁和β₂，选择其中较小者作为其电平估计α，即α＝min(β₁,β₂)；

4)设置门限乘积因子γ，则该点的检测门限T＝α*γ；

5)比较该点模值和其门限值的大小，若其模值大于门限，则记录该点的位置信息，否则认为其未过门限；

6)对于其他所有模值点，分别执行以上步骤2)～5)，即针对所有点进行滑窗检测，记录所有过门限点的位置信息。

8.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述二进制检测模块：

对CFAR门限检测后的数据，令每一个数据为一个距离单元，对每一个距离单元的数据均进行二进制检测，如果该距离单元的数据过门限，则记为1，如果没过门限，则记为0，然后进行多周期累计，如果某一个距离单元的门限累计1的个数超过K个，则输出该点坐标值，否则不作为过门限的目标输出，其中K表示累计1的个数；

二进制检测后，当同时满足要求的过门限的点数不唯一的时候，只选择输出过门限的第一个峰值点。

9.如权利要求7所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述二进制检测模块，在通过CFAR检测以及二进制检测后，对于上扫频和下扫频段过门限的点进行配对处理，如果上下扫频过门限的点坐标值相差超过阈值，不能确定为同一个目标的上下扫频时，不进行配对处理。

10.如权利要求1所述的旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，所述解算模块中，对于速度、距离和角度的解算方法是：

(1)将配对成功后的或无需进行配对的峰值点，计算其对应的频率值，设通道1中上扫频段第一个过门限点的峰值坐标为p1_up，则该点对应的频率值为f1_up，对应的FFT变换后的数据为a_p1_up+1j*b_p1_up，相位为通道2中上扫频段对应的该点FFT变换后的数据为a_p2_up+1j*b_p2_up，相位设通道1中下扫频段第一个过门限点的峰值坐标为p1_down，则该点对应的频率值为f1_down；

其中：其中：a表示I路的数据值，b表示Q路的数据值，a_p1表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p1，b_p1表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p1；

(2)将得到的通道1中上扫频频率值f1_up和下扫频对应的频率值f1_down，根据公式计算无人机前向障碍物目标的距离，其中，T为三角波周期，B为调频带宽，c为光速，c＝3.0×10⁸；根据公式其中f₀为中心频率计算无人机前向障碍物目标的速度，f₀是中心频率；

(3)通道1和通道2中，根据各自上扫频分别计算得到的相位和再根据计算公式计算得到相位差Δψ；根据公式计算方位角，其中，λ为波长，d为天线间距。