• TI IWR1642毫米波雷达使用串口原始数据采集与分析


    本文编辑:调皮哥的小助理

    1.引言

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    如果文章能够让你学习到知识,希望你能够点个赞!

    好了下面开始今天的学习内容吧。

    今天给大家分享的是 《TI 的IWR1642毫米波雷达使用串口原始数据采集与分析》。通常TI的系列雷达如IWR1642、IWR6843采集长时间的数据都是需要使用DCA1000的,不过我们用于学习毫米波雷达传感器的基础知识,其实可以不需要使用DCA1000,使用串口就可以采集到一帧的数据了。

    2.内存资源估计

    因为串口采集的数据首先是存储在IWR1642的内存里的,经过我对内存的资源估计,发现最多也就只能存储一帧的数据。

    IWR1642雷达数据内存(Radar Data Memory)大概是768KB,也就是DSP核内部存储块L3资源总大小为768KB,主要是用来存储雷达数据。

    在这里插入图片描述
    进入工程里面去看,L3的起始地址是0x200A0000,长度是0x000A0000,存储位宽是32位。

    在这里插入图片描述

    (1)可存储的数据大小计算

    AD的采样率是2.5M,数据位宽是16bit,一共四个接收天线,四个AD通道。

    因此一秒钟的数据大小是2.516/84=20M。

    一个chirp的时间约为180us,因此一个chirp所占用的内存为20MB*180us=3.6KB。

    而一个CPI原本为128个占用大小为128*3.6KB=460KB。因此,理论上L3内存只能够存一个CPI的数据。

    (上述结论为自己计算的,如果计算出错,请指正!)

    其实一帧的数据,虽然不可以实时地长时间采集,但是也足够用来做毫米波雷达的学习或者实验教学了。基本上可学习到、测距、测速、测角、CFAR以及聚类,而且串口采集数据比较简单,可谓是“一键操作”,方便又快捷。

    3.基本操作

    (1)使用Uniflash固化编译好的xwr16xx_mmw_demo.bin文件;

    (2)上电,打开MATLAB程序,修改好串口号,点击运行,即可开始一帧数据的采集了。

    (3)采集完成之后,输出的是2D-FFT的结果。

    4.数据格式说明

    发射天线:2个;

    接收天线:4个;

    一帧数据的脉冲数:128个(两个脉冲交替各发射128次)

    ADC采样点数:128个

    ADC位数:16bit(两个字节组成一个十进制数)

    采样形式:IQ正交采样(两个十进制数组成一个复数,I+jQ);

    ADC采样率为:2.5Msps。

    故而,串口收到的字节数为:241281282*2=524288(个)。

    收到的十进制数的个数为:字节数/2 =524288/2 = 262144(个)。

    收到的复信号数据个数为:10进制数的个数/2 =262144/2 = 131027(个)。

    正好也符合复信号个数为:1281282*4= 131072(个),即表示两个发射天线,四个接收天线,一共128个交替脉冲,每个脉冲一共128个采样点。

    需要注意的是:

    当采用虚拟天线模式时,复信号的个数为:1281288= 131072(个),表示一发8收,只有8个接收通道的数据。

    当没有采用虚拟天线模式时,复信号的个数为:2561284= 131072(个),表示2发4收,只有4个接收通道,而256表示有256个脉冲。

    因为没有使用虚拟天线,两个发射天线的信号都被4个接收天线接收,自然脉冲数会增多2倍。通常我们为了使用TDM-MIMO的角度分辨率,采用的是虚拟天线模式增大角度分辨率。所以数据格式记住是128个脉冲,每个脉冲128个采样点,一共8个接收通道。

    (1) 经过一系列解析,得到信号的实部和虚部时域图,如下:

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    其中,可以看出,信号的前面一半是TX1(第一个发射天线)的128个脉冲在四个接收通道上的数据,一共为1281284= 65536。同理,后一半是TX2的数据。

    在这里插入图片描述

    把上面的实部信号放大了看,只看前5个脉冲,红框的部分就是第一个发射天线(TX1)下,RX1、RX2、RX3、RX4的接受数据,每个RX一共128个点,如下图所示:

    在这里插入图片描述

    搞清楚前面这些数据的关系与排列形式,那么接下来对信号进行处理那就非常简单了。

    5.代码分析

    (1)雷达参数设置与坐标计算

    雷达参数根据.cfg文件配置,其中.cfg文件由自己配置。

    在这里插入图片描述

    %% 时间2021年10月
    %% 作者:调皮连续波
    %% 未经许可、禁止转载!
    clc;
    close all;
    clear all;
    delete(instrfind);
    %%
    controlSerialPort = ‘COM43’; %预先设定USER COM
    dataSerialPort = ‘COM44’; %预先设定DATA COM
    %% 雷达参数
    Tx_Number = 2; %发射天线
    Rx_Number = 4; %接收天线
    Range_Number = 128; %距离点数(每个脉冲256个点)
    Doppler_Number = 128; %多普勒通道数(总共16个重复脉冲数)
    global Params;
    Params.NChirp = Doppler_Number; %1帧数据的chirp个数
    Params.NChan = Rx_Number; %RxAn数,ADC通道数
    Params.NSample = Range_Number; %每个chirp ADC采样数
    Params.Fs = 2.5e6; %采样频率
    Params.c = 3.0e8; %光速
    Params.startFreq = 77e9; %起始频率
    Params.freqSlope = 60e12; %chirp的斜率
    Params.bandwidth = 3.072e9; %真实带宽
    Params.lambda=Params.c/Params.startFreq; %雷达信号波长
    Params.Tc = 144e-6; %chirp周期
    global FFT2_mag;
    %% 坐标计算
    [X,Y] = meshgrid(Params.c*(0:Params.NSample-1)*Params.Fs/2/Params.freqSlope/Params.NSample, …
    (-Params.NChirp/2:Params.NChirp/2 - 1)*Params.lambda/Params.Tc/Params.NChirp/2);
    %%

    (2)雷达配置命令下发与数据接收

    %%
    loadCfg = 1; % 下发命令标志
    configurationFileName_stop =‘iwr1642.cfg’; % 雷达停止命令
    cliCfg = readCfg(configurationFileName_stop); % 配置文件读取
    if(loadCfg)
    hdataSerialPort = configureDataSport(dataSerialPort,Tx_NumberRx_NumberDoppler_NumberRange_Number22);%链接 COM串口
    mmwDemoCliPrompt = char(‘mmwDemo:/>’);
    hControlSerialPort = configureControlPort(controlSerialPort);%链接 COM串口
    %Send CLI configuration to IWR16xx
    fprintf(‘Sending configuration from %s file to IWR16xx …\n’, configurationFileName_stop);
    for k=1:length(cliCfg)
    fprintf(hControlSerialPort, cliCfg{k});
    fprintf(‘%s\n’, cliCfg{k});
    echo = fgetl(hControlSerialPort); % Get an echo of a command
    done = fgetl(hControlSerialPort); % Get “Done”
    prompt = fread(hControlSerialPort, size(mmwDemoCliPrompt,2)); % Get the prompt back
    end
    prompt_1= fread(hdataSerialPort, Tx_Number
    Rx_NumberDoppler_NumberRange_Number22); % Get the prompt back
    %% 可在此保存数据
    adc_data = dec2hex(prompt_1,2);
    end
    fclose(hControlSerialPort);
    delete(hControlSerialPort);
    fclose(hdataSerialPort);
    delete(hdataSerialPort);

    (3) 数据读取、拆分、组合

    % 读取数据
    % Data_hex=textread(‘data_2.txt’,‘%s’)';%读出采集的数据
    Data_dec=hex2dec(adc_data); %将16进制转换为10进制
    % 组合数据
    Data_zuhe=zeros(1,Tx_NumberRx_NumberDoppler_NumberRange_Number2); %建立计算存储数据的空矩阵
    for i=1:1:Tx_NumberRx_NumberDoppler_NumberRange_Number2
    Data_zuhe(i) = Data_dec((i-1)*2+1)+Data_dec((i-1)2+2)256;%两个字节组成一个数,第二个字节乘以256相当于左移8位。
    if(Data_zuhe(i)>32767)
    Data_zuhe(i) = Data_zuhe(i) - 65536; %限制幅度
    end
    end
    %% 分放数据
    ADC_Data=zeros(Tx_Number,Doppler_Number,Rx_Number,Range_Number
    2); %建立计算存储数据的空矩阵
    for t=1:1:Tx_Number
    for i=1:1:Doppler_Number
    for j=1:1:Rx_Number
    for k=1:1:Range_Number
    2 %实部虚部
    ADC_Data(t,i,j,k) = Data_zuhe(1,(((t-1)*Doppler_Number+(i-1))*Rx_Number+(j-1))Range_Number2+k);%时域数据排列顺序为 TX1 TX2
    end
    end
    end
    end

    (4)时域图

    在这里插入图片描述

    %% 打印全部的实虚数据
    Re_Data_All=zeros(1,Range_NumberDoppler_NumberTx_NumberRx_Number); %建立计算存储数据的空矩阵
    Im_Data_All=zeros(1,Range_Number
    Doppler_NumberTx_NumberRx_Number); %建立计算存储数据的空矩阵
    % 虚部实部分解
    for i=1:1:Tx_NumberRx_NumberDoppler_NumberRange_Number2
    Im_Data_All(1,i) = Data_zuhe(1,(i-1)2+1);
    Re_Data_All(1,i) = Data_zuhe(1,(i-1)2+2);
    end
    % 原始信号实部、虚部图形绘制
    figure()
    subplot(2,1,1);
    plot(Im_Data_All(1,:));title(‘实部波形’);grid on;
    subplot(2,1,2);
    plot(Re_Data_All(1,:),‘r’);title(‘虚部波形’);grid on;
    %% 打印分组后的实虚数据 数据结构为:2T4R在TX2组的16个脉冲数据
    Re_Data=zeros(Doppler_Number,Range_Number); %建立计算存储数据的空矩阵
    Im_Data=zeros(Doppler_Number,Range_Number); %建立计算存储数据的空矩阵
    for chirp=1:Doppler_Number %查看所在chirp的数据
    % figure();
    for j=1:1:Tx_Number
    for k=1:1:Rx_Number
    for i=1:1:Range_Number
    Re_Data(chirp,i) = ADC_Data(j,chirp,k,(i-1)2+2);
    Im_Data(chirp,i) = ADC_Data(j,chirp,k,(i-1)2+1);
    end
    % subplot(Tx_Number,Rx_Number,(j-1)Rx_Number+k);
    % plot(Im_Data(1,:));title([num2str(j) ‘T’ num2str(k) ‘R虚部波形’]);grid on;
    end
    end
    end
    %% 虚部+实部数据重组得到复信号 256
    4
    2
    16
    2
    ReIm_Data = complex(Re_Data,Im_Data); %这里只用虚拟天线的最后一组数据。原本数据大小应该是16
    2568=32768,现在只有16256*1=4096。
    % Im_Data1=reshape(Im_Data,1,[]);
    % figure();
    % plot(Im_Data1);

    (5)输出1D-FFT结果

    在这里插入图片描述

    %% 1D FFT
    fft1d= zeros(Doppler_Number,Range_Number);
    for chirp_fft=1:Doppler_Number
    fft1d(chirp_fft,:) = fft((ReIm_Data(chirp_fft,:)));
    end
    FFT1_mag=abs(fft1d);
    figure();
    mesh(FFT1_mag);
    xlabel(‘采样点数’);ylabel(‘脉冲数’);zlabel(‘幅度’);
    title(‘距离维FFT结果’);

    (6)输出2D-FFT结果

    在这里插入图片描述

    %% 2D FFT
    fft2d= zeros(Doppler_Number,Range_Number);
    for chirp_fft=1:Range_Number
    fft2d(:,chirp_fft) =fftshift( fft((fft1d(:,chirp_fft))));
    end
    FFT2_mag=(abs(fft2d));
    figure();
    mesh(X,Y,FFT2_mag);
    xlabel(‘距离维’);ylabel(‘速度维’);zlabel(‘幅度’);
    title(‘速度维FFT结果’);

    (7)额外的函数

    主要是串口链接函数和配置参数解析函数。

    function [sphandle] = configureDataSport(comPortString, bufferSize)
    % comPortString = [‘COM’ num2str(comPortNum)];
    sphandle = serial(comPortString,‘BaudRate’,921600);
    % set(sphandle,‘Timeout’,15);
    set(sphandle,‘Terminator’, ‘’);
    set(sphandle,‘InputBufferSize’, bufferSize);
    set(sphandle,‘Timeout’,10);
    set(sphandle,‘ErrorFcn’,@dispError);
    fopen(sphandle);
    end
    function [sphandle] = configureControlPort(comPortString)
    %if ~isempty(instrfind(‘Type’,‘serial’))
    % disp(‘Serial port(s) already open. Re-initializing…’);
    % delete(instrfind(‘Type’,‘serial’)); % delete open serial ports.
    %end
    %comPortString = [‘COM’ num2str(comPortNum)];
    sphandle = serial(comPortString,‘BaudRate’,115200);
    set(sphandle,‘Parity’,‘none’)
    set(sphandle,‘Terminator’,‘LF’)
    fopen(sphandle);
    end
    function config = readCfg(filename) %读取配置文件
    config = cell(1,100);
    fid = fopen(filename, ‘r’);
    if fid == -1
    fprintf(‘File %s not found!\n’, filename);
    return;
    else
    fprintf(‘Opening configuration file %s …\n’, filename);
    end
    tline = fgetl(fid);
    k=1;
    while ischar(tline)
    config{k} = tline;
    tline = fgetl(fid);
    k = k + 1;
    end
    config = config(1:k-1);
    fclose(fid);
    end

    待续。。。。未完!敬请保持关注!

    代码下载链接:代码下载

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