阅读说明：本技术 一种基于毫米波雷达的数据同步采集系统 (Data synchronous acquisition system based on millimeter wave radar ) 是由 谢波 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于毫米波雷达的数据同步采集系统,所述数据同步采集系统至少包括：雷达前端、雷达后端和数据采集系统,所述雷达前端与雷达后端相连,所述雷达后端经以太网通信模块和/或Can通信模块与所述数据采集系统相连；通过本发明的数据同步采集系统的结构设置,使得本发明提供的新的雷达数据采集系统可以采集的雷达过程数据有射频端ADC中频采样数据、距离维FFT数据、速度维FFT数据、角度FFT数据、原始目标数据和聚类跟踪目标数据,所有过程都存储到单个文件中,并进行数据分类,并可以为记录数据添加备注信息,可以无损的对数据文件实时压缩,实时文件分段记录,克服了传统数据采集系统的技术缺陷。(The invention discloses a data synchronous acquisition system based on a millimeter wave radar, which at least comprises: the system comprises a radar front end, a radar rear end and a data acquisition system, wherein the radar front end is connected with the radar rear end, and the radar rear end is connected with the data acquisition system through an Ethernet communication module and/or a Can communication module; through the structural arrangement of the data synchronous acquisition system, the radar process data which can be acquired by the novel radar data acquisition system provided by the invention comprises radio frequency end ADC intermediate frequency sampling data, distance dimension FFT data, speed dimension FFT data, angle FFT data, original target data and cluster tracking target data, all the processes are stored in a single file and are subjected to data classification, remark information can be added to the recorded data, the data file can be compressed in real time without damage, the real-time file is recorded in a segmented manner, and the technical defects of the traditional data acquisition system are overcome.)

一种基于毫米波雷达的数据同步采集系统

技术领域

本发明属于涉及毫米波雷达信号处理，尤其涉及毫米波雷达信号处理过程数据和视频数据同步采集系统。

背景技术

毫米波雷达，是指工作在毫米波频段的雷达，毫米波对应的频率范围为30-300GHz。目前毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力，因此被广泛的应用于智能驾驶、交通、安防等领域。

同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。毫米波雷达能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标；具有成像能力，体积小、机动性和隐蔽性好。

光波在大气中传播衰减严重，器件加工精度要求高。毫米波与光波相比，它们利用大气窗口(毫米波与亚毫米波在大气中传播时，由于气体分子谐振吸收所致的某些衰减为极小值的频率)传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小。为此，它们在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信。利用毫米波天线的窄波束和低旁瓣性能可实现低仰角精密跟踪雷达和成像雷达。高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。优势主要有以下几点：

(1)小天线口径、窄波束：高跟踪和引导精度；易于进行低仰角跟踪，抗地面多径和杂波干扰；对近空目标具有高横向分辨力；对区域成像和目标监视具备高角分辨力；窄波束的高抗干扰性能；高天线增益；容易检测小目标，包括电力线、电杆等。

(2)大带宽：具有高信息速率，容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征；具有宽的扩谱能力，减少多径、杂波并增强抗干扰能力；相邻频率的雷达或毫米波识别器工作，易克服相互干扰；高距离分辨力，易得到精确的目标跟踪和识别能力。

(3)高多普勒频率：慢目标和振动目标的良好检测和识别能力；易于利用目标多普勒频率特性进行目标特征识别；对干性大气污染的穿透特性，提供在尘埃、烟尘和干雪条件下的良好检测能力。

(4)良好的抗隐身性能：当前隐身飞行器上所涂覆的吸波材料都是针对厘米波的。根据国外的研究，毫米波雷达照射的隐身目标，能形成多部位较强的电磁散射，使其隐身性能大大降低，所以，毫米波雷达还具有反隐身的潜力。

目前大部分毫米波数据采集系统雷达信号处理过程数据数据流不能进行高一致性同步，采集数据类型单一。

同时，目前大部分毫米波数据采集系统不能有效对数据流进行压缩处理，不能对不同类型的过程数据进行归档存储，不能保证数据分段记录后段间数据不丢失，不能对采集数据文件添加备注信息，不利于采集数据管理。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种能够实现对雷达过程数据的分类采集和存储，并可以为记录的数据添加备注信息，实现对数据文件的无损实时压缩，实时文件分段记录的数据同步采集系统。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于毫米波雷达的数据同步采集系统，所述数据同步采集系统至少包括：雷达前端、雷达后端和数据采集系统，所述雷达前端与雷达后端相连，所述雷达后端经以太网通信模块和/或Can通信模块与所述数据采集系统相连；其中，所述雷达前端至少包括混频器和模数转换器ADC，所述雷达后端至少包括算法处理器DSP和逻辑处理器MCU；所述雷达前端经雷达后端和以太网通信模块将处理后的数据信号的帧起始标志位、周期计数数据和ADC采样数据发送到数据采集系统，并且，雷达后端的逻辑处理器MCU将所述雷达前端发出的数据进行的3次FFT获得原始目标的距离信息、角度信息和速度信息，并通过聚类跟踪算法获得跟踪后的目标信息，将周期计数数据、原始目标数据和聚类跟踪目标数据通过Can通信模块发送到数据采集系统。

根据一个优选的实施方式，所述雷达后端的逻辑处理器MCU调度算法处理器DSP对雷达前端发出的ADC采样数据进行1DFFT，并将生成的1DFFT的结果通过雷达以太网通信模块发送到数据采集系统。

根据一个优选的实施方式，逻辑处理器MCU调度雷达算法处理器DSP对1DFFT数据进行2DFFT，并将生成的2DFFT的结果通过雷达以太网通信模块发送到数据采集系统。

根据一个优选的实施方式，逻辑处理器MCU进行CFAR和2DPeekSearch算法找到目标，根据多个通道目标2DFFT数据进行3DFFT，并将生成的3DFFT结果和帧结束标志通过雷达以太网通信模块发送到数据采集系统。

根据一个优选的实施方式，所述数据采集系统包括设备通信模块、异步事件总线模块和数据采集处理器；所述设备通信模块的网络节点接受到以太网通信模块发送的数据，对数据解析后，将每一帧数据进行拆包提取出周期计数数据、ADC中频采样数据、1DFFT数据、2DFFT数据、3DFFT数据，并将数据以雷达处理过程数据事件的方式发送到所述异步事件总线模块。

根据一个优选的实施方式，所述设备通信模块中的Can节点接收到Can通信模块传输的数据，对接受的Can数据进行解析获取原始目标列表信息和聚类跟踪后的目标列表信息，并将数据以原始/聚类目标事件的方式发送到所述异步事件总线模块，并设置事件数据接收时间戳为每一帧的起始Can报文接收时间戳。

根据一个优选的实施方式，所述异步事件总线模块异步调用所述数据采集处理器，并将接收到的包括雷达处理过程数据事件和原始/聚类目标事件的两种类型事件根据帧号缓存到对应帧号的队列中，实现目标数据跟雷达处理过程数据的对齐。

根据一个优选的实施方式，存入异步事件队列的两种类型事件的数据为采用GZIP/SZIP对数据流进行压缩存储后的数据。

根据一个优选的实施方式，基于数据采集系统预设的分段间隔信息，所述数据采集处理器完成对缓存的异步队列扫描，当两种数据事件缓存就绪，则对异步数据队列进行整段截取，将数据异步的写入TDMS文件中，保证截取前后数据不丢失。

根据一个优选的实施方式，所述数据采集处理器对录入TDMS文件中的雷达处理过程数据事件的数据分别建立数据通道，并将压缩数据流存储到对应通道中；所述数据采集处理器对TDMS文件日入备注属性，所述至少备注包括雷达固件版本信息，实验名称信息。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：通过本发明的数据同步采集系统的结构设置，使得本发明提供的新的雷达数据采集系统可以采集的雷达过程数据有射频端ADC中频采样数据、距离维FFT数据、速度维FFT数据、角度FFT数据、原始目标数据和聚类跟踪目标数据，所有过程都存储到单个文件中，并进行数据分类，并可以为记录数据添加备注信息，可以无损的对数据文件实时压缩，实时文件分段记录，克服了传统数据采集系统的技术缺陷。

附图说明

图1是本发明数据同步采集系统的结构示意图；

其中，1-工控机，2-数据采集系统，3-千兆网模块，4-Can通信模块，5-雷达前端，6-DSP，7-MCU。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，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中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1所示，本发明公开了一种基于毫米波雷达的数据同步采集系统，所述数据同步采集系统至少包括：雷达前端5、雷达后端和数据采集系统2。所述雷达前端5与雷达后端相连，所述雷达后端经以太网通信模块和/或Can通信模块4与所述数据采集系统2相连。优选地，本实施例中以太网通信模块为千兆网模块3。

优选地，所述雷达前端5至少包括混频器和模数转换器ADC。所述雷达前端5用于完成调频连续波的发射和接受，以及对接受信号的初步处理。

优选地，所述雷达后端至少包括算法处理器DSP6和逻辑处理器MCU7。用于完成对雷达接受信号的进一步处理。

优选地，所述雷达前端5经雷达后端和千兆网模块3将处理后的数据信号的帧起始标志位、周期计数数据和ADC采样数据发送到数据采集系统2。

进一步地，所述雷达后端的逻辑处理器MCU7调度算法处理器DSP6对雷达前端5发出的ADC采样数据进行1DFFT，并将生成的1DFFT的结果通过雷达千兆网模块3发送到数据采集系统2。所述1DFFT为对数据进行距离维度FFT处理。

进一步地，逻辑处理器MCU7调度雷达算法处理器DSP6对1DFFT数据进行2DFFT，并将生成的2DFFT的结果通过雷达千兆网模块3发送到数据采集系统2。其中，2DFFT处理为对1DFFT处理结果数据进行速度维度的快速傅里叶变换处理。

进一步地，逻辑处理器MCU7进行CFAR和2DPeekSearch算法找到目标，根据多个通道目标2DFFT数据进行3DFFT，并将生成的3DFFT结果和帧结束标志通过雷达千兆网模块3发送到数据采集系统2。其中，3DFFT为对2DFFT处理结果数据进行角度维度快速傅里叶变换处理。

从而本发明的数据同步采集系统通过千兆以太网实现了对雷达数据过程处理数据进行实时采集。

优选地，前述FFT处理即是快速傅里叶变换,即利用计算机计算离散傅里叶变换(DFT)的高效、快速计算方法的统称，简称FFT。快速傅里叶变换是1965年由J.W.库利和T.W.图基提出的。采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数N越多，FFT算法计算量的节省就越显著。

优选地，雷达后端的逻辑处理器MCU7将所述雷达前端5发出的数据进行的3次FFT获得原始目标的距离信息、角度信息和速度信息。并通过聚类跟踪算法获得跟踪后的目标信息，将周期计数数据、原始目标数据和聚类跟踪目标数据通过Can通信模块4发送到数据采集系统2。

优选地，所述数据采集系统2包括设备通信模块、异步事件总线模块和数据采集处理器。

优选地，所述设备通信模块的网络节点接受到千兆网模块3发送的数据，对数据解析后，将每一帧数据进行拆包提取出周期计数数据、ADC中频采样数据、1DFFT数据、2DFFT数据、3DFFT数据，并将数据以雷达处理过程数据事件的方式发送到所述异步事件总线模块。

优选地，所述设备通信模块中的Can节点接收到Can通信模块4传输的数据，对接受的Can数据进行解析获取原始目标列表信息和聚类跟踪后的目标列表信息，并将数据以原始/聚类目标事件的方式发送到所述异步事件总线模块，并设置事件数据接收时间戳为每一帧的起始Can报文接收时间戳。

优选地，所述异步事件总线模块异步调用所述数据采集处理器，并将接收到的包括雷达处理过程数据事件和原始/聚类目标事件的两种类型事件根据帧号缓存到对应帧号的队列中，实现目标数据跟雷达处理过程数据的对齐。从而，通过数据周期计数数据和Can接收时间戳对数据进行了精准同步。

优选地，存入异步事件队列的两种类型事件的数据为采用GZIP/SZIP对数据流进行压缩存储后的数据。

优选地，基于数据采集系统2预设的分段间隔信息，所述数据采集处理器完成对缓存的异步队列扫描，当两种数据事件缓存就绪，则对异步数据队列进行整段截取，将数据异步的写入TDMS文件中，保证了截取前后数据不丢失。

优选地，所述数据采集处理器对录入TDMS文件中的雷达处理过程数据事件的数据分别建立数据通道，并将压缩数据流存储到对应通道中。优选地，所述数据采集处理器对TDMS文件日入备注属性，所述至少备注包括雷达固件版本信息，实验名称信息。

从而通过异步队列方式，异步的对采集数据进行实施压缩并保持到TDMS文件中，并且通过TDMS文件中对雷达过程处理数据进行划分通道存储，实现了雷达过程处理数据的分类储存，并实现了对数据追加描备注信息

通过本发明的数据同步采集系统的结构设置，使得本发明提供的新的雷达数据采集系统可以采集的雷达过程数据有射频端ADC中频采样数据、距离维FFT数据、速度维FFT数据、角度FFT数据、原始目标数据和聚类跟踪目标数据，所有过程都存储到单个文件中，并进行数据分类，并可以为记录数据添加备注信息，可以无损的对数据文件实时压缩，实时文件分段记录，克服了传统数据采集系统的技术缺陷。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。