一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法，首先將隨機碼的隨機特性做相應(yīng)的修改得到偽隨機碼：在一個周期內(nèi)，兩種不同元素出現(xiàn)的次數(shù)最多相差一次；且長度為n的游程出現(xiàn)的次數(shù)比長度為n+1的游程出現(xiàn)的次數(shù)多一倍，同時序列具有雙值自相關(guān)函數(shù)的隨機特性；然后利用移位寄存器生成偽隨機碼，只需對寄存器長度、初始化信息、反饋邏輯作修改即可得到不同長度和結(jié)構(gòu)的偽隨機碼。本發(fā)明基于無線電波，對發(fā)射波形進行設(shè)計，以達到較高的靈敏度和分辨率；同時考慮電磁環(huán)境的影響，對偽隨機碼進行靈活設(shè)計，得到了不同長度和結(jié)構(gòu)的偽隨機碼，將偽碼波形應(yīng)用于汽車雷達，既能提高測距精度，又能抗電磁干擾。
【專利說明】
一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法，主要應(yīng)用于汽車防碰撞，也 可應(yīng)用于簡單的雷達應(yīng)用場景，屬于傳感器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，市場上常見的防撞雷達多采用超聲波傳感器、激光傳感器和紅外傳感器，當 啟動該裝置時，傳感器發(fā)送差生波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后 經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號。
[0003] 上述超聲波傳感器、激光傳感器、紅外傳感器均受環(huán)境的影響較大，其中，雖然激 光測距較為精確，但受天氣的影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高車載雷達的測距精度和抗干擾性。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于汽車防撞雷達的偽碼 生成方法，其特征在于:該方法由以下2個步驟組成：
[0006] 步驟1:偽隨機碼定義
[0007] 根據(jù)隨機碼的特點，將隨機碼的隨機特性做相應(yīng)的修改，具體如下：
[0008] A、在一個周期內(nèi)，兩種不同元素出現(xiàn)的次數(shù)最多相差一次；
[0009] B、在一個周期內(nèi)，長度為n的游程出現(xiàn)的次數(shù)比長度為n+1的游程出現(xiàn)的次數(shù)多一 倍；
[0010] C、序列具有雙值自相關(guān)函數(shù)-隨機特性，即 (I - 0
[0011] 從/.叫.? 、 (& 治廣！、2 P (])
[0012] 其中，j為整數(shù)，R(j)為自相關(guān)函數(shù)，P為序列的周期或長度；
[0013]步驟2:利用移位寄存器生成所述偽隨機碼；
[0014] 帶有反饋邏輯線路的n級動態(tài)移存器的末級輸出序列為aoams……an……，此序列 滿足如下反饋邏輯函數(shù)： ft
[0015] as- ? ^ ^ ~
[0016] 式(2)中，C1=l或0，1 = 1，2，~11，(：1的取值視第1級是否參加模2運算而定;若第1級 參加模2運算，則C1 = l，否則(^ = 0;因為式(2)是線性的，所以所述n級動態(tài)移存器稱為n級線 性反饋移存器；
[0017] 將式(2)中&"移至右邊并引入一個系數(shù)C〇=l，得 n n
[0018] 0 =:= ~
[0019]則式(3)對應(yīng)的特征多項式為： *> 、.
[0020] fix) ==： CQ ? Cxx ? Cyx^ &......- I (4)
[0021] 其中，x為序列的位；
[0022]令n級線性反饋移存器的輸出序列具有周期性，且周期為p彡2n-l，則可得到m序列 的f(x)為不可約多項式，且f(x)能整除(,? \但除不盡sq<m;
[0023]因此，m序列的f(x)應(yīng)滿足以下三個條件：
[0024] l)f(x)為不可約的；
[0025] 2)f(x)可整除? 、m = 2n-l;
[0026] 3)f(x)除不盡、q<m;
[0027] 那么稱此特征多項式f(x)為本原多項式，因此，一個線性反饋移存器能產(chǎn)生m序列 的充分必要條件為:其特征多項式為本原多項式。
[0028] 優(yōu)選地，一個線性反饋移存器的序列結(jié)構(gòu)由它的寄存器長度、初始狀態(tài)和反饋邏 輯完全確定；只需對"寄存器長度"、"初始化信息"、"反饋邏輯"作相應(yīng)修改即可得到不同長 度和反饋邏輯的線性反饋移位寄存器，進而得到不同長度和結(jié)構(gòu)的偽隨機碼。
[0029] 優(yōu)選地，
[0030] 表1部分常用本原多項式
L〇〇33j n為2、3、4……13時的本原多項式如表1所不。
[0034] 優(yōu)選地，
[0035]表2偽碼生成常用反饋邏輯
[0037] 表1對應(yīng)的反饋邏輯如表2所示，依照表2中的反饋邏輯設(shè)計的電路都能夠產(chǎn)生偽 隨機碼。
[0038] 本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于無線電波，對發(fā)射波形進行設(shè)計， 以達到較高的靈敏度和分辨率。同時考慮電磁環(huán)境的影響，對偽隨機碼進行靈活設(shè)計，得到 了不同長度和結(jié)構(gòu)的偽隨機碼，軟件仿真分析和硬件驗證均表明本發(fā)明方法生產(chǎn)的偽碼具 有有效性，將偽碼波形應(yīng)用于汽車雷達，既能提高測距精度，又能抗電磁干擾。
【附圖說明】
[0039] 圖1為n級線性反饋移位寄存器示意圖；
[0040] 圖2為4線性移位寄存器氣;=?2 @ ;
[0041 ] 圖3為4線性移位寄存器^ = 5 ? 3 ? %
[0042]圖4為5級線性反饋移位寄存器％ ;:::a3 [0043] 圖5為5級偽隨機碼(周期：1240ns)示意圖；
[0044]圖6為后仿真時序圖（延時9260ps);
[0045] 圖7為前仿真時序圖（局部放大）；
[0046] 圖8為實際電路產(chǎn)生的偽隨機碼波形(部分）。
【具體實施方式】
[0047]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0048] 根據(jù)隨機碼的特點，將隨機碼的隨機特性做相應(yīng)的修改，具體如下：
[0049] (1)在一個周期內(nèi)，兩種不同元素出現(xiàn)的次數(shù)最多相差一次一均衡性特性；
[0050] (2)在一個周期內(nèi)，長度為n的游程(一個序列中取值相同的那些連在一起的元素 合稱為一個"游程"）出現(xiàn)的次數(shù)比長度為n+1的游程出現(xiàn)的次數(shù)多一倍一游程分布特性；
[0051] (3)序列具有雙值自相關(guān)函數(shù)一隨機特性，即
[0052] 從/) :::七'了 1《與/ = 1.、2--------…P - ! ("
[0053] 其中，P為序列的周期(或長度），j為整數(shù)，R(j)為自相關(guān)函數(shù);當K接近于0時，該函 數(shù)的特性非常接近白噪聲的自相關(guān)函數(shù)特性，因此把該序列稱作偽噪聲序列。
[0054]在以上給出的偽隨機碼定義的基礎(chǔ)上，利用移位寄存器(移存器)來實現(xiàn)設(shè)計。帶 有反饋邏輯線路的n級動態(tài)移存器，如圖1所示。
[0055]其末級輸出序列為aoams……an……，此序列滿足如下反饋邏輯函數(shù)：
[0057]式中C1 = l或0(i = l，2，-_n)，視第i級是否參加模2運算而定。若第i級參加模2運 算，則C1=l，否則匕=0。因為式(2)是線性的，所以稱為n級線性移存器。
[0058]根據(jù)反饋邏輯函數(shù)，移存器可以產(chǎn)生不同長度的序列，具體分析如下。
[0059] 如圖2給出4級線性移存器，其反饋邏輯為《4 ，則，移存器初始狀態(tài)為1111 時，移存器的輸出序列為111100111100,偽碼周期為6;移存器初始狀態(tài)為0001時，移存器的 輸出序列為000101000101，偽碼周期為6;移存器初始狀態(tài)為1011時，移存器的輸出序列為 101101101101，偽碼周期為3。
[0060] 如圖3所示，若將反饋邏輯改為％ 此時該移存器產(chǎn)生三個完全 不同的序列，即〇〇〇11〇〇〇11、1111〇1111〇、〇1〇1〇〇1〇1〇,所產(chǎn)生的偽碼周期均為5。
[0061] 由以上分析可見，雖然移存器的級數(shù)相同，但由于它們的反饋邏輯不同，產(chǎn)生的序 列互不相同；同一個4級線性移存器，當它的初始狀態(tài)不同時，它所產(chǎn)生的序列也不完全相 同。也就是說，n級線性移存器序列結(jié)構(gòu)由它的初始狀態(tài)和反饋邏輯完全確定。
[0062]由反饋邏輯式⑵將an移至右邊并引入一個系數(shù)Co = 1，得 n n
[0063] 0 ~ ^~ (3、
[0064]則公式(3)對應(yīng)的特征多項式為：
[0065] /轉(zhuǎn)；C〇. 0 e:lx. ? .q，2 尜、…、? - ￡ €0 (4}
[0066] 其中，x為序列的位；
[0067]令n級線性反饋移存器的輸出序列具有周期性，且周期為p彡2n_l，則可得到m序列 的f(x)為不可約多項式，且f(x)能整除但除不盡C M) >q<m。
[0068]因此，m序列的f(x)應(yīng)滿足以下三個條件：
[0069] (l)f(x)為不可約的；
[0070] (2)f(x)可整除eK'm = 2n-l;
[0071] (3)f(x)除不盡(?丨?'q<m。
[0072] 那么稱此特征多項式f(x)為本原多項式，因此，一個線性反饋移存器能產(chǎn)生m序列 的充分必要條件為:其特征多項式為本原多項式。
[0073] 下面以一個4級反饋移存器為例求找其本原多項式。
[0074] n = 4,故此移存器產(chǎn)生的m序列長度為m = 2n_l = 15,由于其特征多項式f (x)應(yīng)能 整除染:丨.)=(.:一_5 ? v或者說應(yīng)是的一個因式，故可將? !>因式分解，從其因 式中找出f(x)。
[0075] @ 1}?(x4 er?：i) (/ #/#I)-(/ a/^x2#x：m)-it2 !；h,s^i)
[0076] 式中G2 ? (們)兩個因式不是4次的，所以不是本原多項式。剩下3個 4次多 項式中，前兩個是本原多項式，第3個則不是，因為(X4璲/ m) .ol (/ ?i>不滿 足"f (X)除不盡,q<m"的條件。
[0077] 由/(x)0 y3尜/尜x後：|>組成的序列發(fā)生器如圖3所示。
[0078] 由/(幻二力-4 S 〇組成的序列發(fā)生器如圖2所示。
[0079] 由上可見，只要找到了本原多項式，就能由它來構(gòu)成m序列發(fā)生器，表1中列出了次 數(shù)n<16的本原多項式。
[0080] 表1部分本原多項式
[0082]對于本設(shè)計來說，將本原多項式翻譯為線性反饋移位寄存器所用的反饋邏輯更加 直觀方便。線性反饋移位寄存器的最低位是從a0開始的，其對應(yīng)著本原多項式的最高位;相 似地，本原多項式的最低位是從xl開始的，其對應(yīng)著移位寄存器的最高位。由此將表1對應(yīng) 的反饋邏輯如表2所示。
[0083]表2偽碼產(chǎn)生常用反饋邏輯
[0085] 可以從理論上保證，只要是依照表2中的反饋邏輯對FPGA進行邏輯設(shè)計的電路都 是能夠產(chǎn)生m序列的偽隨機碼產(chǎn)生電路。
[0086] 本設(shè)計在FPGA平臺上，通過硬件描述語言Verilog HDL的邏輯描述，可以實現(xiàn)線性 反饋移位寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)。另外，通過對源代碼的修改，還可以方便地更改線性反饋移位 寄存器的級數(shù)和反饋形式，進而實現(xiàn)對偽碼序列長度和序列結(jié)構(gòu)的修改。
[0087]以5級線性反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)為例，進行一段偽隨機碼產(chǎn)生電路源代碼的編寫。 采用反饋邏輯為的線性反饋移位寄存器，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。用Verilog HDL語言對圖4所示線性反饋移位寄存器進行邏輯描述，編程如下： 、餘_政"詆/ !砰 "定義時延單位和時延精度 .m?也tie My:...prs…gei你!k，RESET); dRESEI、； //定義模塊輸入、輸出
[0088 ] output J ； parameter WMthJfsr = 5; //定義寄存器喪度為5綴 parameter I Jap〗 //定義反饋環(huán)節(jié)為和a3 parameter I..jap2:::: 3; re^[V￥kith lfsr-!;!}'| sd i; wire飽?_丨1\丄par_fdbk....i;//定義反饋線路 //線性反饋移位寄存器內(nèi)部結(jié)構(gòu)定義 assign pn out J:::: sd_J[IJap!j; assign !mr_fdbk…卜:srl....取J耶2J A sri… assign IfeiHnJ por_l(lhk i; //模塊時序（行溝）定義 always @(poxe<ige elk or posedge RESET) begin if (RESET)//篾位信號有效 > 重新初始化，寄存器陚初值
[0089] begin s.rij[0]<-0; srl..j[l] <- I; srH[2| <~- 0; sdj[3|<- 1; sri i[4] <:::: 1; end else //否姻寄存器內(nèi)容循環(huán)右移一位 srl i<:::: (Ifet m j5 s.rH|Widtli Jfsr'-I:l]}; s?k! endmoduk
[0090] 可以看出，只需對代碼段中的"寄存器長度"、"反饋結(jié)構(gòu)"、"初始化信息"等模塊作 相應(yīng)修改即可得到不同長度和反饋邏輯的線性反饋移位寄存器，進而得到不同長度和結(jié)構(gòu) 的偽隨機碼。
[0091] 為了驗證用Verilog HDL語言構(gòu)建偽碼產(chǎn)生電路的可行性以及所編寫的5級線性 反饋移位寄存器描述程序的正確性，需進行程序仿真驗證和實物測試驗證。
[0092]軟件仿真所用的軟件工具為可編程邏輯器件開發(fā)過程中常用的Modelsim。在ISE 中可直接調(diào)用Modelsim對5級線性反饋移位寄存器描述程序進行行為仿真，得到行為仿真 結(jié)果如圖5所不。
[0093]根據(jù)對線性反饋移位寄存器級數(shù)與偽隨機碼周期之間關(guān)系的分析，5級線性反饋 移位寄存器所產(chǎn)生的偽隨機碼的長度(即周期)應(yīng)為25-1 = 31倍時鐘周期。在仿真模型中時 鐘周期被設(shè)為40ns(見仿真激勵程序倒數(shù)第二句），故所產(chǎn)生的偽隨機碼的周期應(yīng)為40X31 = 1240ns。通過對仿真圖形的觀測可以看出，仿真所得偽隨機碼的周期為1240ns，理論推導(dǎo) 與仿真結(jié)果是相符的。通過進一步對偽隨機碼一個周期內(nèi)波形的觀察和計算，得出波形的 高、低電平時間分別為640ns和600ns，相差僅一個時鐘周期(40ns)，這也符合偽隨機碼的定 義。由于本設(shè)計所采用的偽碼產(chǎn)生電路原理和本原多項式都是經(jīng)過長期實踐驗證的，基于 以上仿真結(jié)果，可以認為上文所編寫的程序成功描述了 5級偽碼產(chǎn)生電路。
[0094] 將描述程序在ISE中進行綜合、布線后，再調(diào)用Modelsim進行仿真，得到時序仿真 結(jié)果如圖6所示。
[0095]圖7為用Modelsim對以上程序段的布局前仿真局部波形圖。通過與圖4的對比可以 看出，后仿真所得到的模型比前仿真得到的模型多出9260ps的延時。這個延時大部分是由 真實線路中的走線延時造成的。
[0096]為了進一步驗證本設(shè)計實際電路的有效性和可行性，將通過仿真驗證的偽碼產(chǎn)生 電路描述程序通過ISE進行設(shè)計綜合，生成配置文件并下載到FPGA芯片中，運用示波器對實 際電路產(chǎn)生的信號進行觀測驗證。
[0097]在型號為TDS3032的示波器上采集的本設(shè)計實際電路所產(chǎn)生的偽隨機碼的部分波 形，如圖8所示。通過對實測波形的分析，可以確認偽碼產(chǎn)生電路得到了實現(xiàn)。然而從波形中 可以看出，輸出信號在超調(diào)量和穩(wěn)定時間方面還存在不足。這是因為未對輸出信號進行整 流濾波而導(dǎo)致的，該缺陷可通過在輸出線路上添加濾波電路加以改進。
[0098]綜上，通過對5級線性反饋移位寄存器進行邏輯描述，軟件仿真結(jié)果表明只需對代 碼段中的"寄存器長度"、"反饋結(jié)構(gòu)"、"初始化信息"等模塊作相應(yīng)修改即可得到不同長度 和結(jié)構(gòu)的偽隨機碼。同時示波器實測波形結(jié)果驗證了本設(shè)計的可行性和有效性。
【主權(quán)項】
1. 一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法，其特征在于，該方法由以下2個步驟組成： 步驟1:偽隨機碼定義 根據(jù)隨機碼的特點，將隨機碼的隨機特性做相應(yīng)的修改，具體如下： A、 在一個周期內(nèi)，兩種不同元素出現(xiàn)的次數(shù)最多相差一次； B、 在一個周期內(nèi)，長度為η的游程出現(xiàn)的次數(shù)比長度為n+1的游程出現(xiàn)的次數(shù)多一倍； C、 序列具有雙值自相關(guān)函數(shù)-隨機特性，BP其中，j為整數(shù)，R(j)為自相關(guān)函數(shù)，P為序列的周期或長度； 步驟2:利用移位寄存器生成所述偽隨機碼； 帶有反饋邏輯線路的η級動態(tài)移存器的末級輸出序列為aoams……an……，此序列滿足 如下反饋邏輯函數(shù)：式⑵中，C1 = 1或Ο,?，〗，···!!，^的取值視第i級是否參加模2運算而定;若第i級參加 模2運算，則C1 = l，否則匕=0;因為式(2)是線性的，所以所述η級動態(tài)移存器稱為η級線性反 饋移存器； 將式(2)中an移至右邊并引入一個系數(shù)Co = 1，得則式(3)對應(yīng)的特征多項式為：其中，X為序列的位； 令η級線性反饋移存器的輸出序列具有周期性，且周期為p<2n-l，則可得到m序列的f (X)為不可約多項式，且f(x)能整除C+f(但除不盡(尸β 〇 fq<m; 因此，m序列的f(x)應(yīng)滿足以下三個條件： 1. f(x)為不可約的； 2. f(x)可整除(Z、?〗）、m=2n-l; 3. f(x)除不盡(P 那么稱此特征多項式f(x)為本原多項式，因此，一個線性反饋移存器能產(chǎn)生m序列的充 分必要條件為:其特征多項式為本原多項式。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法，其特征在于:一個線性 反饋移存器的序列結(jié)構(gòu)由它的寄存器長度、初始狀態(tài)和反饋邏輯完全確定；只需對"寄存器 長度"、"初始化信息"、"反饋邏輯"作相應(yīng)修改即可得到不同長度和反饋邏輯的線性反饋移 位寄存器，進而得到不同長度和結(jié)構(gòu)的偽隨機碼。3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法，其特征在于： 表1部分常用本原多項式η為2、3、4……13時的本原多項式如表1所示。4.如權(quán)利要求3所述的一種基于汽車防撞雷達的偽碼生成方法，其特征在于： 表2偽碼生成常用反饋邏輯表1對應(yīng)的反饋邏輯如表2所示，依照表2中的反饋邏輯設(shè)計的電路都能夠產(chǎn)生偽隨機 碼。
【文檔編號】G01S13/93GK105929403SQ201610559450
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】胡秀娟
【申請人】上海電機學(xué)院