车载毫米波雷达中频信号处理算法研究
发布时间：2021-03-06 13:38
近年来,随着中国经济的发展,人们对汽车的需求逐渐增强,高级驾驶辅助系统和自动驾驶技术越来越受到政府的支持、科研机构的重视和大中小企业的青睐。车载毫米波雷达作为其中重要的传感器,研究其中频信号处理算法具有重要意义。本论文以调频连续波（FMCW）和调频中断连续波（FMICW）两种波形作为研究对象,研究出一套检测精度高、实时性好、系统鲁棒性强的雷达中频信号处理算法,主要从信号去噪、测距测速以及角度估计几个方面开展研究:第一,实际雷达回波信号中会混有机械噪声、热噪声等多种类型的噪声。为消除雷达回波信号中混叠的噪声以提高信噪比,本文提出了一种基于经验模态分解（EMD）、小波阈值和瞬时半周期准则的去噪算法。首先将含有噪声的信号经EMD分解为若干个本征模态函数（IMF）分量,再根据信号和噪声的分布特点引入瞬时半周期准则筛选出有用信号和噪声占主导的IMF集合,对噪声占主导的IMF分量进行小波阈值去噪,有效信号占主导的IMF分量不做处理,最后重构各阶IMF分量可得到去噪后的信号。第二,研究FMICW技术在车载雷达中的应用。指出调频连续波雷达使用收发互异天线可能导致发射机能量泄露使得接收机过载问题,重点分...
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含噪声的回波信号经EMD分解后结果
中国计量大学硕士学位论文334基于交错算法的FMICW雷达技术调频连续波雷达发射机与接收机连续工作，需使用单独的发射与接收天线，因此之间要有良好的隔离，以防止发射信号的能量泄露到接收天线导致接收机过载；调频中断连续波（FMICW）雷达利用单根天线在发射和接收两种模式下循环切换可解决上述问题，且具有天线复用能力强、雷达成本低、占用体积小等优点，因此本章节主要研究FMICW技术在车载雷达中的应用。4.1调频中断连续波雷达原理FMICW雷达系统利用具有一定占空比（DutyCycle，DC）d的斩波在发射机和接收机之间切换，一般发射持续时间ttx应小于等于接收持续时间trx，因此占空比d满足以下关系：50%txtxtxrxcttdttT==+(4-1)其中Tc为斩波周期，发射接收信号时频曲线如图4.1所示。图4.1FMICW发射接收信号时频曲线
中国计量大学硕士学位论文52RadioCompanion下搭建的一个简单的FMCW雷达仿真测试示例，其中调用了“SignalGeneratorFMCW”的FMCW雷达信号生成模块、“StaticTargetSimulator”的静态目标创建模块以及“FindMaxPeak”的单一目标最大功率检测模块。图6.1GNURadioCompanion下搭建FMCW雷达仿真环境2.MatlabMathworks公司从Matlab2015a版本开始发布了相控阵系统工具箱，该工具箱为雷达、无线通信、声呐和医疗成像应用中的传感器阵列系统仿真设计以及结果分析提供了诸多函数接口和算法支持。特别地，对于雷达和声呐的系统设计，相控阵系统工具箱提供了运动目标和雷达平台在车载、机载、舰载或潜艇上的动态建模仿真，提供了发射机、接收机、传播信道、雷达目标和杂波的建模方案，也提供了用于波束成形、匹配滤波、DOA估计、目标检测的脉冲或连续波体制雷达信号处理算法的简单实现；比如“phased.Transmitter”可以创建发射机模型，“phased.ReceiverPreamp”可以创建接收放大器模型，“phased.Platform”可以创建雷达平台以及检测目标的运动模型，“phased.RadarTarget”可以创建雷达目标的散射统计模型等。同样，Matlab中的Simulink功能也支持模块化地搭建仿真环境，如图6.2所示即为在Simulink中搭建的FMCW雷达车载仿真环境。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双眼同步运动特征约束的Kalman瞳孔跟踪算法[J]. 张远辉,李颜,李孝禄,朱俊江. 传感技术学报. 2018(01)
[2]一种多目标FMCW雷达的高效距离速度测量方法[J]. 邢自然,朱冬晨,金星. 电子学报. 2016(09)
[3]粒子滤波理论、方法及其在多目标跟踪中的应用[J]. 李天成,范红旗,孙树栋. 自动化学报. 2015(12)
[4]小波去噪算法在含噪盲源分离中的应用[J]. 吴微,彭华,王彬. 数据采集与处理. 2015(06)
[5]基于幅度调制的连续微波雷达测距研究[J]. 郑大青,陈伟民,陈丽,李存龙,章鹏. 电子与信息学报. 2015(01)
[6]四种提高FMCW测距精度的方案及性能分析[J]. 朱恺,秦轶炜,许建中,万夕干,陈煜. 无线电工程. 2015(01)
[7]基于视觉和毫米波雷达的车辆检测(英文)[J]. 靳璐,付梦印,王美玲,杨毅. 红外与毫米波学报. 2014(05)
[8]地面车辆目标识别研究综述[J]. 李开明,张群,罗迎,梁必帅,杨小优. 电子学报. 2014(03)
[9]一种改进型经验模态分解及其在信号消噪中的应用[J]. 曲从善,路廷镇,谭营. 自动化学报. 2010(01)
博士论文
[1]基于小波理论的去噪方法及其在信号处理中的应用研究[D]. 肖倩.东北大学 2011
[2]智能运输系统——基于毫米波雷达的车辆防撞技术与实验研究[D]. 贺乐厅.东南大学 2003
硕士论文
[1]车载毫米波雷达关键技术研究[D]. 郑世良.哈尔滨工业大学 2017
[2]智能汽车毫米波雷达信号处理系统的设计与实现[D]. 任星博.哈尔滨工业大学 2017
[3]77GHz汽车防撞雷达信号处理技术研究[D]. 吴鑫.东南大学 2017
[4]毫米波雷达高速运动目标精确测速研究[D]. 戴作宁.南京大学 2016
[5]FMCW近程测距雷达的差频信号处理技术研究[D]. 贺星辰.中北大学 2015
[6]FMCW毫米波雷达系统中频电路及信号处理研究[D]. 李玉芳.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2002
本文编号：3067202
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含噪声的回波信号经EMD分解后结果
中国计量大学硕士学位论文334基于交错算法的FMICW雷达技术调频连续波雷达发射机与接收机连续工作，需使用单独的发射与接收天线，因此之间要有良好的隔离，以防止发射信号的能量泄露到接收天线导致接收机过载；调频中断连续波（FMICW）雷达利用单根天线在发射和接收两种模式下循环切换可解决上述问题，且具有天线复用能力强、雷达成本低、占用体积小等优点，因此本章节主要研究FMICW技术在车载雷达中的应用。4.1调频中断连续波雷达原理FMICW雷达系统利用具有一定占空比（DutyCycle，DC）d的斩波在发射机和接收机之间切换，一般发射持续时间ttx应小于等于接收持续时间trx，因此占空比d满足以下关系：50%txtxtxrxcttdttT==+(4-1)其中Tc为斩波周期，发射接收信号时频曲线如图4.1所示。图4.1FMICW发射接收信号时频曲线
中国计量大学硕士学位论文52RadioCompanion下搭建的一个简单的FMCW雷达仿真测试示例，其中调用了“SignalGeneratorFMCW”的FMCW雷达信号生成模块、“StaticTargetSimulator”的静态目标创建模块以及“FindMaxPeak”的单一目标最大功率检测模块。图6.1GNURadioCompanion下搭建FMCW雷达仿真环境2.MatlabMathworks公司从Matlab2015a版本开始发布了相控阵系统工具箱，该工具箱为雷达、无线通信、声呐和医疗成像应用中的传感器阵列系统仿真设计以及结果分析提供了诸多函数接口和算法支持。特别地，对于雷达和声呐的系统设计，相控阵系统工具箱提供了运动目标和雷达平台在车载、机载、舰载或潜艇上的动态建模仿真，提供了发射机、接收机、传播信道、雷达目标和杂波的建模方案，也提供了用于波束成形、匹配滤波、DOA估计、目标检测的脉冲或连续波体制雷达信号处理算法的简单实现；比如“phased.Transmitter”可以创建发射机模型，“phased.ReceiverPreamp”可以创建接收放大器模型，“phased.Platform”可以创建雷达平台以及检测目标的运动模型，“phased.RadarTarget”可以创建雷达目标的散射统计模型等。同样，Matlab中的Simulink功能也支持模块化地搭建仿真环境，如图6.2所示即为在Simulink中搭建的FMCW雷达车载仿真环境。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双眼同步运动特征约束的Kalman瞳孔跟踪算法[J]. 张远辉,李颜,李孝禄,朱俊江. 传感技术学报. 2018(01)
[2]一种多目标FMCW雷达的高效距离速度测量方法[J]. 邢自然,朱冬晨,金星. 电子学报. 2016(09)
[3]粒子滤波理论、方法及其在多目标跟踪中的应用[J]. 李天成,范红旗,孙树栋. 自动化学报. 2015(12)
[4]小波去噪算法在含噪盲源分离中的应用[J]. 吴微,彭华,王彬. 数据采集与处理. 2015(06)
[5]基于幅度调制的连续微波雷达测距研究[J]. 郑大青,陈伟民,陈丽,李存龙,章鹏. 电子与信息学报. 2015(01)
[6]四种提高FMCW测距精度的方案及性能分析[J]. 朱恺,秦轶炜,许建中,万夕干,陈煜. 无线电工程. 2015(01)
[7]基于视觉和毫米波雷达的车辆检测(英文)[J]. 靳璐,付梦印,王美玲,杨毅. 红外与毫米波学报. 2014(05)
[8]地面车辆目标识别研究综述[J]. 李开明,张群,罗迎,梁必帅,杨小优. 电子学报. 2014(03)
[9]一种改进型经验模态分解及其在信号消噪中的应用[J]. 曲从善,路廷镇,谭营. 自动化学报. 2010(01)
博士论文
[1]基于小波理论的去噪方法及其在信号处理中的应用研究[D]. 肖倩.东北大学 2011
[2]智能运输系统——基于毫米波雷达的车辆防撞技术与实验研究[D]. 贺乐厅.东南大学 2003
硕士论文
[1]车载毫米波雷达关键技术研究[D]. 郑世良.哈尔滨工业大学 2017
[2]智能汽车毫米波雷达信号处理系统的设计与实现[D]. 任星博.哈尔滨工业大学 2017
[3]77GHz汽车防撞雷达信号处理技术研究[D]. 吴鑫.东南大学 2017
[4]毫米波雷达高速运动目标精确测速研究[D]. 戴作宁.南京大学 2016
[5]FMCW近程测距雷达的差频信号处理技术研究[D]. 贺星辰.中北大学 2015
[6]FMCW毫米波雷达系统中频电路及信号处理研究[D]. 李玉芳.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2002
本文编号：3067202
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