matlab+c++实现基于FMCW雷达的多天线定位系统+源码+开发文档+参考文档+项目解析（英特尔杯嵌入式大赛）

# fmcw_positioning_radar 基于FMCW雷达的多天线定位系统。 2018年英特尔杯嵌入式邀请赛作品。电子科技大学 # 文件结构 - ad4159：ad4159评估板配置文件。 - data：存储记录的用于调试的数据。 - documents：文档和说明。 - images：系统运行截图和硬件、实验照片。 - matlab：.m代码和.mlx代码。 - mcu：单片机工程文件。 - simlink：simulink框图.slx文件。 ## ad4159 - ADF4159官方软件的参数设置。 - 命名方式：ADF4159_settings_A_B_C.txt，如ADF4159_settings_2000Hz_2800MHz_3800MHz.txt。 - A：斜坡频率 - B：扫频起始频率 - C：扫频结束频率 ## data - 存储记录的用于调试的数据。 - 命名方式：A_B_C_D_E_F，如psZsum_200kHz_2000rps_4rpf_4t12r_stand_fall。 - A：重要变量 - B：降采样后中频信号频率 - C：斜坡频率 - D：平均帧数 - E：n发m收天线 - F：测试过程关键词 ## documents 文档、说明、参考资料。 ## images 文档所需图片或截图。 ## matlab .m代码或函数。 ## mcu 单片机工程文件。 ## simulink simulink框图.slx文件。 ### usrp_4t12r_heatmap.slx 成像算法库的演示模型。 ### CoorOutlierRemoverAndFilter.slx 坐标异常值剔除和滤波模块。根据帧率（fF）设置异常点剔除窗口大小和低通滤波器采样率。输出坐标相对输入坐标有0.5s左右的延时。 ### DelayAndTargetOverlaying.slx 延时与目标标识叠加模块。为输入的雷达成像图叠加目标标识，这里用一个宽度为window length的正方形指示目标位置。 端口说明： - heatMap：从“雷达成像和定位”模块输出的雷达成像。行对应y方向，列对应x方向。 - coorTar：n行2列的矩阵，n个目标的坐标，单位（m）。第1列为x坐标，第2列为y坐标。前nTar个坐标为有效坐标。 - nTar：目标的个数。 - heatMapTar：叠加了目标标识的雷达图像。 参数说明： - window length：正方形标识的宽度 - xs：x坐标序列，单位（m）。对应heatMap的列。 - ys：y坐标序列，单位（m）。对应heatMap的行。 - tDelay：如果coorTar端口输入的目标坐标经过“坐标异常值剔除和滤波”模块的处理，会对目标坐标引入一定延时。此参数用于设置对heatMap的延时，以保证目标标识无偏移地叠加到heatMap上。 - fF：帧率。 ### RadarImagingAndPositioning.slx 雷达成像和定位模块。包含雷达成像和目标检测的主要算法。参数中USRP、Hardware、Ramp Parameters板块下的参数均与硬件有关，若有调整需求，请联系作者。 端口说明： - heatMapCar：笛卡尔坐标系的雷达图像，经过对比度调整可以直接显示。 - pMa：雷达图像最大功率值。参考该值设置Targeting Parameters板块下的background power threshold参数，保证无人状态下的pMa小于参数background power threshold。算法原理：当pMa < background power threshold时判定区域内没有目标，此时端口nTar输出的值为0。 - coorTar：n行2列的矩阵，n个目标的坐标，单位（m）。第1列为x坐标，第2列为y坐标。前nTar个坐标为有效坐标。 - nTar：目标的个数。 - heatMapFil：滤波后的图像。算法原理：由于帧平均后的图像一个目标可能引起多个峰值，因此对图像进行一次以filter window width为正方形窗口宽度的中值滤波和均值滤波。增加filter window width使滤波后的图像更加平滑，减少一个目标检测到多个点的可能，同时会增加运算量。该端口用作参考以对filter window width进行修改。 - heatMapRaw：进行目标跟踪子系统功率衰减矫正、对比度调整前的原始图像。 参数说明：参数中Preprocess、FFT、Imaging、Targeting Parameters板块下的参数影响了运算量和目标检测效果。 - Preprocess Parameters： - yLo downsample factor：中频信号软件降采样系数。增大此值以减小运算量，同时减小距离测量范围。 - cycles per frame（average time）：每帧包含的天线扫描周期。算法原理：将多个周期的中频信号平均，合并为一帧。增大此值以减小运算量，同时降低帧率。 - FFT Parameters： - angle FFT length：角度方向的FFT长度，设置为2的幂次方以使用更快的FFT算法。 - dis FFT length：距离方向的FFT长度，设置为2的幂次方以使用更快的FFT算法。 - Imaging Parameters： - y min（max）：距离方向（y 方向）的坐标范围，直接影响雷达图像的行数和坐标序列ys，单位（m）。算法原理：两个参数会将2DFFT后的矩阵在距离方向（y方向）上作截取，如果dis FFT length参数设置的FFT长度达不到y max参数要求的FFT长度，会自动截取到dis FFT length所能计算到的最远距离，此ys表示的坐标序列不再以y max为最大值。 - background constructing filter fc：前景建模一阶高通滤波器的截止频率。增大以减少建模时间，减小以增强弱目标的检测效果。 - Targeting Parameters： - target number max：最大跟踪目标数量。 - multipath removing filter fc：消除多径效应的一阶低通滤波截止频率。增大以增强多径效应消除效果，减小以减少目标轨迹拖尾效应。 - average frames：滑动均值滤波的窗口宽度。算法原理：多径效应对成像造成的影响一般呈现出瞬时性，如果通过滑动均值滤波的方法平均多帧雷达图像，可以大大减弱多径效应的影响。同时均值滤波会带来与窗口长度相同的延迟。 - background power threshold：背景功率阈值。参考pMa端口输出的功率设置Targeting Parameters板块下的background power threshold参数，保证无人状态下的pMa小于参数background power threshold。算法原理：当pMa < background power threshold时判定区域内没有目标，此时端口nTar输出的值为0。 - filter window width：图像滤波的窗口宽度，设置为3以上的奇数（如3、5、7……）。算法原理：由于帧平均后的图像一个目标可能引起多个峰值，因此对图像进行一次以filter window width为正方形窗口宽度的中值滤波和均值滤波。增加此值使滤波后的图像更加平滑，减少一个目标检测到多个点的可能，同时会增加运算量。可以参考端口heaMapFil输出的滤波后的图像对该值进行修改。 - targets relative threshold：目标功率相对与背景噪声功率比值的阈值。算法原理：以背景噪声平均值的targets relative threshold倍作为阈值对图像进行分割，高于此阈值的像素认为有目标存在。 # release note ## 2.0.0 直接运行usrp_4t12r_heatmap.slx呈现二维成像效果。 - 删除z轴成像功能。 - 删除z轴成像数据。 - 调整降采样因子由5到2，并增加距离至10m。 ## 2.1.0 - 更改4根发射天线排布，由竖直排列个改为交叉排列试图用左右分布的发射天线消除水平方向的多径效应。 ## 2.2.0 - 添加多目标检测模块。 - 通过滑动均值滤波减少多径效应的影响。 - 添加功率图衰减修正因子，按功率以距离的四次方衰减对功率图的幅度进行修正。 ## 2.2.1 - 修复运行时不能设置目标功率相对背景功率阈值、背景阈值的问题。 ## 2.2.2 - 删除多余模型设置。 - 选择离散solver。 ## 2.2.3 - 更换天线切换控制板为nucleo STM32F446。 ## 2.2.4 - 修复修复mcu/antenna_switch_mbed工程的板子型号问题。 - 为新的板子nucleo STM32F446精调脉冲宽度。 - 为usrp_4t12r_heatmap.slx添加tPulF参数，独立设置同步信号第一个脉冲宽度，并精调脉冲宽度，解决nucleo STM32F446运算能力较弱的问题。修复脉冲宽度带小数时引发的错误。 ## 2.3.0 - 将整个系统封装为三个子模块。 - 为�