一种基于SOC技术的探测芯片、探测装置以及探测方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体而言，涉及一种基于SOC技术的探测芯片、探测装置以及探测方法。

背景技术

近感探测技术主要用于近距离测距，是汽车无人驾驶系统中防撞系统的关键技术之一。现如今近感探测技术主要有激光、无线电(射频)和超声波等技术路线。其中，激光探测器探测精度高，抗干扰能力强，但容易受到雾、扬尘等特殊环境的遮蔽，致使探测性能下降；超声波探测器的优势是成本低，无电磁兼容问题，但受到环境噪声的影响，可靠性不高；无线电探测器历史最长，性能居中，能够克服上述环境和噪声问题，但存在电磁干扰的隐患。随着技术水平的提升，无线电探测器已经将频率提升到毫米波级，频谱的扩展带来探测性能不断提高。本发明提供一种基于SOC技术的探测芯片、探测装置以及探测方法，其能够降低无线电探测器被破解的概率，抗干扰能力强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SOC技术的探测芯片、探测装置以及探测方法，其抗干扰能力强、体积小重量轻。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

第一方面，提供一种基于SOC技术的探测芯片，包括天线单元、射频收发单元以及信号处理单元；

所述天线单元包括接收天线以及发射天线；

所述信号处理单元包括信号处理与控制芯片，所述信号处理与控制芯片采用多种调频体制生成调频信号并向所述射频收发单元输出；

所述射频收发单元分别与所述信号处理与控制芯片、接收天线以及发射天线连接；用于接收所述调频信号并生成射频信号，通过发射天线发射射频信号；所述射频收发单元接收来自所述接收天线输入的回波射频信号，混频处理后得到中频信号，并向所述信号处理与控制芯片输出中频信号。

优选地，所述多种调频体制包括但不限于线性调频体制以及相位变换伪随机码体制，所述线性调频体制用于生成线性调频信号，所述相位变换伪随机码体制用于为所述线性调频信号提供伪码进行随机变化。

优选地，所述信号处理单元还包括数模转换器以及模数转换器，所述数模转换器以及模数转换器分别与所述信号处理与控制芯片连接，所述数模转换器用于向所述射频收发单元输出调频信号，所述模数转换器用于接收来自射频收发单元输出的中频信号。

优选地，所述射频收发单元包括接收通道以及发射通道，所述发射通道包括0/π调制器、功率放大器、第一检波电路、分频器、压控振荡器、倍频器以及功分器，所述压控振荡器、倍频器以及功分器依次连接，所述压控振荡器的输入端连接所述信号处理单元，所述压控振荡器的第一输出端连接所述倍频器，所述功分器的第一输出端连接所述0/π调制器的第一输入端，所述0/π调制器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的第一输出端连接发射天线，所述功率放大器的第二输出端连接所述第一检波电路的输入端，所述分频器的输入端连接所述压控振荡器的第二输出端，所述功分器的第二输出端连接所述接收通道，所述0/π调制器的第二输入端连接所述信号处理与控制芯片。

优选地，所述接收通道包括依次连接的低噪声放大器、混频器以及中频预处理电路，所述低噪声放大器的输入端连接所述接收天线，所述中频预处理电路的输出端连接所述信号处理单元。

优选地，所述接收天线设有多个，相对应的，所述低噪声放大器的数量与所述接收天线的数量相同，一个低噪声放大器的输入端连接一个接收天线，多个低噪声放大器的输出端分别连接所述混频器；所述接收通道还包括第二检波电路，所述第二检波电路的输入端分别连接多个所述低噪声放大器，所述第二检波电路的输出端连接所述信号处理与控制芯片。

优选地，所述中频预处理电路包括结构相同的第一滤波放大支路以及第二滤波放大支路，所述第一滤波放大支路包括依次连接的高通滤波器、可编程增益放大器以及低通滤波器，所述高通滤波器的输入端连接所述混频器，所述低通滤波器的输出端连接所述信号处理单元。

优选地，所述探测芯片还包括电源单元，所述电源单元包括滤波稳压电路，所述滤波稳压电路的输出端分别连接所述信号处理单元以及射频收发单元。

第二方面，提供一种探测装置，包括上述所述的探测芯片。其还包括壳体以及散热装置。

第三方面，提供一种探测方法，采用如上述所述的探测芯片实现，包括如下步骤：

S1.信号处理单元根据多种调频体制生成调频信号后向发射通道输出，发射通道接收调频信号并生成射频信号通过发射天线发射；

S2.射频信号在被测环境中接触被测物体后，被测物体反射回波射频信号，多个接收天线接收来自被测物体反射的回波射频信号得到多路回波信号输入接收通道；

S3.多路回波射频信号分别通过低噪声放大器进行功率放大处理，后分别进入第二检波电路采集，再输入信号处理与控制芯片进行检测；

S4.信号处理与控制芯片检测多路回波射频信号，分别判断多路回波射频信号的功率是否大于预设阈值；若其中一路回波射频信号功率大于预设阈值，则控制其所连接的低噪声放大器停止工作；其他回波射频信号经过合路后进入混频器进行下变频处理得到中频信号；

S5.中频信号经过中频预处理电路进行滤波放大后向所述信号处理单元输出，信号处理单元根据中频信号判断被测物体位置。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1.本申请采用SOC技术，将射频收发单元、天线单元以及信号发射单元均集成于一款芯片中，集成度高，体积小且可靠性高；

2.本申请设计多个接收天线对回波射频信号进行接收，一方面有利于接收天线的布局，当探测器自旋、载体移动等原因出现而导致部分天线被遮挡时，还可以通过其他路接收天线继续完成探测；另一方面，信号处理与控制芯片能够判断多路回波射频信号的功率，判断该路回波射频信号所在的接收通道是否受到干扰，增强抗干扰能力，保证探测结果的准确；

本申请的信号处理与控制芯片采用多种调频体制，输出不同调频体制的调频信号，提高对有源干扰的抗性；

本发明设计合理、结构简单，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的探测芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的伪码线性调频信号生成原理图；

图标：1-信号处理与控制芯片，2-数模转换器，3-模数转换器，4-0/π调制器，5-功率放大器，6-第一检波电路，7-分频器，8-压控振荡器,9-倍频器，10-功分器，11-低噪声放大器，12-混频器，13-高通滤波器，14-可编程增益放大器，15-低通滤波器，16-第二检波电路。

具体实施方式

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。

实施例1

参照本申请说明书附图1-2，第一方面，提供一种基于SOC技术的探测芯片，包括天线单元、射频收发单元以及信号处理单元；天线单元用于信号的收发；射频收发单元用于实现发射射频信号的产生、放大；接收回波射频信号，并对回波射频信号进行混频处理，得到中频信号，并对中频信号进行预处理；信号处理单元用于向射频收发单元输出调频信号；接收射频收发单元的中频信号并对其进行处理，得到距离信息以及速度信息，最后向上位机传输位置识别信号。

所述天线单元包括接收天线以及发射天线；在本实施例中，本主要提供一路发射天线以及四路接收天线，射频收发单元通过一路发射天线进行射频信号的发射，回波射频信号通过四路接收天线输入射频收发单元进行混频处理。

在本实施例中，天线单元采用矩形波导天线进行天线设计，该种天线由组件张开的波导形成，组件张开的过渡段可以保证波导与空间的良好匹配，又可以获得较大的口径尺寸，以提高辐射的方向性。

所述信号处理单元包括信号处理与控制芯片1，所述信号处理与控制芯片1采用多种调频体制生成调频信号并向所述射频收发单元输出；在本实施例中，信号处理与控制芯片1采用的调频体制包括线性调频体制以及相位变换伪随机码体制；线性调频体制用于输出连续波线性调频信号；所述线性调频体制用于生成线性调频信号，所述相位变换伪随机码体制用于为所述线性调频信号提供伪码进行随机变化。

具体的，信号处理以及控制芯片采用线性调频体制生成调频信号的基础参数，基础参数包括但不限于相位、变频斜率、调制带宽、调制时间以及调制频率等；相位变换伪随机码体制用于在线性调频体制的基础上，为线性调频信号引入伪码进行随机变换，信号处理与控制芯片1向数模转换器2输出线性调频信号的基础参数以及随机伪码，控制数模转换器2根据随机伪码生成伪码线性调频信号。相应的，信号处理与控制芯片1还包括随机码生成器，随机码生成器产生随机伪码，随机伪码再作用于数模转换器2，使得数模转换器2生成伪码线性调频信号。伪码线性调频信号与采用传统线性调频体制生成的调频信号相比，伪码线性调频信号具有更丰富的信息量，并难以被复制和破解，从而提高探测的安全性。

在本实施例中，信号处理与控制芯片1采用M序列用于伪码的生成，具体为：

A.定义调频信号的调制频率和调制频偏组合；

B.与M序列相配合，设上一周期调制组合为K(i)，则当随机编码为0时生成调制组合为K(i-1)的调制信号，随机编码为1时生成调制组合为K(i+1)的调制信号；若随机编码为0且上一个调制组合为K1时，则当前调制组合变为K12，若随机编码为1且上一个调制组合为K12时，则当前调制组合变为K1。

在本实施例中，采用分布处理架构用于实现伪码线性调频信号的参数估计，该处理架构包含的待分析特征参数集合仅有线性调频信号的起始频率、调制斜率和伪码信号的码速率三个参数。由于待分析参数较少且基本调制信号参数估计算法性能较为成熟，先估计的信号参数对后估计的信号参数的误差传递效应较弱，故分步处理架构从算法的总体性能方面保障每个参数估计结果是可靠的。

信号处理与控制芯片1可控制射频收发单元实现发射波形的调节和算法的调用，通过多种调制体制相结合，可降低探测器信号被破解的概率，对抗有源干扰的侵害。

所述射频收发单元分别与所述信号处理与控制芯片1、接收天线以及发射天线连接；用于接收所述调频信号并生成射频信号，通过发射天线发射射频信号；所述射频收发单元接收来自所述接收天线输入的回波射频信号，混频处理后得到中频信号，并向所述信号处理与控制芯片1输出中频信号。

所述信号处理单元还包括数模转换器2以及模数转换器3，所述数模转换器2以及模数转换器3分别与所述信号处理与控制芯片1连接，所述数模转换器2用于向所述射频收发单元输出调频信号，所述模数转换器3用于接收来自射频收发单元输出的中频信号。数模转换器2根据信号处理与控制芯片1输出的调制带宽、调制时间以及调制频率，生成相应的调频信号；模数转换器3用于将接收的中频信号转换为数字信号，对中频信号进行信息采集。

所述射频收发单元包括接收通道以及发射通道，所述发射通道包括0/π调制器4、功率放大器5、第一检波电路6、分频器7、压控振荡器8、倍频器9以及功分器10，所述压控振荡器8、倍频器9以及功分器10依次连接，所述压控振荡器8的输入端连接所述信号处理单元，所述压控振荡器8的第一输出端连接所述倍频器9，所述功分器10的第一输出端连接所述0/π调制器4的第一输入端，所述0/π调制器4的输出端连接所述功率放大器5的输入端，所述功率放大器5的第一输出端连接发射天线，所述功率放大器5的第二输出端连接所述第一检波电路6的输入端，所述分频器7的输入端连接所述压控振荡器8的第二输出端，所述功分器10的第二输出端连接所述接收通道，所述0/π调制器4的第二输入端连接所述信号处理与控制芯片1。在本实施例中，倍频器9采用八倍频器。

具体的，伪码线性调频信号作用于压控振荡器8，压控振荡器8输出相应的X波段射频信号，X波段射频信号经过倍频器9生成F波段的射频信号，F波段射频信号经过功分器10后功分为两路。一路F波段射频信号经过0/π调制器4调整射频信号相位，提升抗干扰能力，然后再通过末级的功率放大器5进行放大，经放大处理的射频信号作为最终发射的射频信号，通过发射天线进行发射；一路F波段射频信号进入接收通道，作为混频器12的本振信号参与接收通道的混频处理。分频器7与第一检波电路6均用于自测，分频器7用于对压控振荡器8的输出频率进行监测，第一检波电路6用于对发射的射频信号进行功率监测。

所述接收通道包括依次连接的低噪声放大器11、混频器12以及中频预处理电路，所述低噪声放大器11的输入端连接所述接收天线，所述中频预处理电路的输出端连接所述信号处理单元。

所述接收天线设有多个，相对应的，所述低噪声放大器11的数量与所述接收天线的数量相同，一个低噪声放大器11的输入端连接一个接收天线，多个低噪声放大器11的输出端分别连接所述混频器12；所述接收通道还包括第二检波电路16，所述第二检波电路16的输入端分别连接多个所述低噪声放大器11，所述第二检波电路16的输出端连接所述信号处理与控制芯片1。

接收通道通过接收天线接收被测物体反射的回波射频信号，多路射频天线接收多路回波射频信号，多路回波射频信号分别经过低噪声放大器11后合路输入至混频器12，混频器12将合路输入的回波射频信号以及F波段射频信号进行混频处理，下变频得到中频信号，中频信号再经过中频预处理电路，进行滤波放大处理。处理后的中频信号经过模数转换器3进行信号采集，模数转换器3将采集的射频信号信息传输至信号处理与控制芯片1，由信号处理与控制芯片1进行判断距离信息以及速度信息。第二检波电路16用于检测输入的4路回波射频信号的功率，具体的，4路回波射频信号分别进入第二检波电路16进行信号采集，第二检波电路16采集的信息再输入信号处理与控制芯片1进行检测，信号处理与控制芯片1分别判断4路回波射频信号的功率是否大于预设阈值；若其中一路回波射频信号功率大于预设阈值，则控制其所连接的低噪声放大器11停止工作；由其他3路回波射频信号经过合路后进入混频器12进行下变频处理得到中频信号。

所述中频预处理电路包括结构相同的第一滤波放大支路以及第二滤波放大支路，所述第一滤波放大支路包括依次连接的高通滤波器13、可编程增益放大器14以及低通滤波器15，所述高通滤波器13的输入端连接所述混频器12，所述低通滤波器15的输出端连接所述信号处理单元。第一滤波放大支路用于对混频输出的I信号进行滤波放大预处理，第二滤波放大支路用于对混频输出的Q信号进行滤波放大预处理。可编程增益放大器14由信号处理与控制芯片1调节放大倍数，使得模数转换器3的满量程信号达到均一化，显著提高测量精度。

所述探测芯片还包括电源单元，所述电源单元包括滤波稳压电路，所述滤波稳压电路的输出端分别连接所述信号处理单元以及射频收发单元。电源单元为天线单元、射频信号收发电源以及信号处理单元提供稳定单元，保障芯片使用。

本申请采用SOC技术，将射频收发单元、天线单元以及信号发射单元均集成于一款芯片中，集成度高，体积小且可靠性高。

本申请设计多个接收天线对回波射频信号进行接收，一方面有利于接收天线的布局，当探测器自旋、载体移动等原因出现而导致部分天线被遮挡时，还可以通过其他路接收天线继续完成探测；另一方面，信号处理与控制芯片1能够判断多路回波射频信号的功率，判断该路回波射频信号所在的接收通道是否受到干扰，增强抗干扰能力，保证探测结果的准确。

本申请的信号处理与控制芯片1采用多种调频体制，输出不同调频体制的调频信号，提高对有源干扰的抗性。

在本实施例中，本申请的探测器芯片采用2mm波段信号作为探测信号，可避免周围环境中低频背景信号的干扰。

第二方面，提供一种探测装置，包括上述所述的探测芯片。其还包括壳体以及散热装置。在本申请的其他实施例中，探测装置包括一个或多个由本申请探测芯片组成的探测装置。

第三方面，提供一种探测方法，采用上述所述的探测芯片实现，包括如下步骤：

S1.信号处理单元根据多种调频体制生成伪码线性调频信号后向发射通道输出，发射通道接收调频信号并生成射频信号通过发射天线发射；

S2.射频信号在被测环境中接触被测物体后，被测物体反射回波射频信号，多个接收天线接收来自被测物体反射的回波射频信号得到多路回波信号输入接收通道；

S3.多路回波射频信号分别通过低噪声放大器11进行功率放大处理，后分别进入第二检波电路16采集，再输入信号处理与控制芯片1进行检测；

S4.信号处理与控制芯片1检测多路回波射频信号，分别判断多路回波射频信号的功率是否大于预设阈值；若其中一路回波射频信号功率大于预设阈值，则控制其所连接的低噪声放大器11停止工作；其他回波射频信号经过合路后进入混频器12进行下变频处理得到中频信号；

S5.中频信号经过中频预处理电路进行滤波放大后向所述信号处理单元输出，信号处理单元根据中频信号判断被测物体位置。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。