基于车载毫米波雷达信号处理算法的研究
发布时间：2021-10-05 07:00
随着世界经济以及高新技术的飞速发展,无人驾驶技术逐渐成为未来车辆设计的新方向。无人驾驶技术需要依靠高精度的车载传感器。其中车载毫米波雷达是目前车载传感器中的重要组成部分,车载毫米波雷达系统的核心是其信号处理模块,建立在数字信号处理技术基础上的信号处理算法对车载毫米波雷达的研发有着极其重要和深远的意义。本文论述了国内外关于车载毫米波雷达的发展现状,总结了车载毫米波雷达信号处理算法的发展和其实现方法,并指出传统车载毫米波雷达信号处理算法中存在的问题。对车载毫米波雷达系统的整体结构和基本工作原理进行了分析,对不同工作频率的毫米波雷达以及多种雷达调制波形的工作原理进行了研究,通过对其分析比较,最终选择采用工作频率为24GHz的三角波线性调频连续波雷达作为研究对象。针对传统信号处理算法中出现的分辨率低、虚警漏警、无法检测出正确目标等问题,提出了一个完整的信号处理方案。采用快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转换到频域,同时为了防止频谱泄露,进行了时域的加窗处理;为了提高分辨率,提出了线性调频Z变换（CZT）算法,在FFT算法的基础上能够大幅度提高频谱的分辨率,从而更好地识别出目标;对于传统的恒虚警...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
原始信号的时域波形
第三章车载毫米波雷达信号处理算法的设计21图3-4经过FFT变换后的频域波形图Figure3-4frequencydomainwaveformafterFFTtransformation2）CZT算法FFT算法可以进行时频转换，但是同时存在着一个问题，那就是FFT算法的测量精度较低，对于一些不需要高精度高分辨率的场合，比如安防领域中，FFT算法能够很好的测量出目标的距离和速度，但是对于车载毫米波雷达系统来说，为了保证安全性就需要雷达测得的前方物体的距离和速度要有很高的精度，于是为了解决FFT精度不高的缺点，本节提出了一种有着高分辨率高精度的CZT算法。a）CZT算法原理CZT算法全称为线性Z变换算法，假设有限长序列的数目点数为N，其Z变换的数学表达式为：10)()(NnnznxzX(3.11)假设复频谱点数为M，则其在Z平面上的抽样点kz为：11,0,zMkAWkk(3.12)
广东工业大学硕士学位论文24图3-5经过CZT变换后的频域波形图Figure3-5frequencydomainwaveformafterCZTtransformationb）窗函数一般来说实际信号是有限长且连续的，当使用快速傅里叶变换或者CZT变换时，会将连续的信号截取一部分，然后再不断重复成无限长的信号从而方便进行处理，当频谱截取不当时，连续信号的边缘有可能会出现波形不连续的情况，这种情况会导致频谱泄漏的发生[39]，从而导致最后测得的频率跟实际频率有所差别。为了防止这种现象发生可以通过对信号进行加窗使得波形不连续的边缘变得平滑，这样可以降低快速傅里叶变换和CZT算法产生的频谱泄漏[40]。表3-1列出了一些常用窗函数的特征。表3-1常用窗函数特征Table3-1featuresofcommonwindowfunctions窗类型旁瓣衰减/dB特点应用矩形窗-20主瓣比较集中，旁瓣较高测量物体自振频率三角窗-25主瓣宽约等于矩形窗的两倍，但旁瓣小主要分析窄带信号平顶窗0有非常小的通带波动可以用在校准上汉宁窗-60主瓣加宽并降低，旁瓣衰减速度快测量多个频率分量的信号汉明窗-20旁瓣更小，衰减速度比汉宁窗衰减速度慢与汉明窗类似
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载毫米波雷达频率划分和产品现状分析[J]. 刘玉超,梅亨利,王景. 科技与创新. 2017(11)
[2]基于自动筛选技术的广义有序统计类CFAR检测性能分析[J]. 孙艳丽,李建海,陈贻焕. 计算机与数字工程. 2016(09)
[3]基于多背景杂波分布模型的自适应CFAR检测[J]. 陈华杰,张渝,林岳松. 光电工程. 2011(01)
[4]对称三角线性调频连续波雷达信号多周期模糊函数分析[J]. 吴礼,彭树生,肖泽龙,是湘全. 南京理工大学学报(自然科学版). 2009(01)
[5]LFMCW雷达多目标MTD-速度配对法[J]. 肖汉,杨建宇,熊金涛. 电波科学学报. 2005(06)
[6]自适应数字波束形成在FMCW雷达中的应用[J]. 李军,龚耀寰. 系统工程与电子技术. 2005(07)
[7]LFMCW雷达运动目标检测与距离速度去耦合[J]. 杨建宇,凌太兵,贺峻. 电子与信息学报. 2004(02)
[8]调频连续波雷达频谱配对信号处理方法[J]. 史林,张琳. 西安电子科技大学学报. 2003(04)
[9]一种采用变周期调频连续波雷达的多目标识别方法[J]. 徐涛,金昶明,孙晓玮,夏冠群. 电子学报. 2002(06)
[10]线性调频连续波雷达接收机性能分析[J]. 杨建宇. 系统工程与电子技术. 2001(10)
硕士论文
[1]毫米波车检雷达信号处理与实现[D]. 沈涛.南京理工大学 2018
[2]毫米波雷达测速测距算法研究与实现[D]. 钟仁海.南华大学 2018
[3]车载毫米波雷达信号处理算法的研究[D]. 朱菊蕾.电子科技大学 2018
[4]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
[5]24GHz调频连续波雷达信号处理技术研究[D]. 李健.南京理工大学 2017
[6]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
[7]线性调频连续波雷达信号处理算法研究与硬件实现[D]. 孙疆涛.西安电子科技大学 2014
[8]雷达杂波的恒虚警处理的研究[D]. 席现国.大连海事大学 2013
[9]24GHz汽车防撞雷达中频与基带信号处理研究[D]. 迪利敏.浙江大学 2012
[10]收发全数字波束形成技术研究[D]. 陈帅霖.西安电子科技大学 2012
本文编号：3419231
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
原始信号的时域波形
第三章车载毫米波雷达信号处理算法的设计21图3-4经过FFT变换后的频域波形图Figure3-4frequencydomainwaveformafterFFTtransformation2）CZT算法FFT算法可以进行时频转换，但是同时存在着一个问题，那就是FFT算法的测量精度较低，对于一些不需要高精度高分辨率的场合，比如安防领域中，FFT算法能够很好的测量出目标的距离和速度，但是对于车载毫米波雷达系统来说，为了保证安全性就需要雷达测得的前方物体的距离和速度要有很高的精度，于是为了解决FFT精度不高的缺点，本节提出了一种有着高分辨率高精度的CZT算法。a）CZT算法原理CZT算法全称为线性Z变换算法，假设有限长序列的数目点数为N，其Z变换的数学表达式为：10)()(NnnznxzX(3.11)假设复频谱点数为M，则其在Z平面上的抽样点kz为：11,0,zMkAWkk(3.12)
广东工业大学硕士学位论文24图3-5经过CZT变换后的频域波形图Figure3-5frequencydomainwaveformafterCZTtransformationb）窗函数一般来说实际信号是有限长且连续的，当使用快速傅里叶变换或者CZT变换时，会将连续的信号截取一部分，然后再不断重复成无限长的信号从而方便进行处理，当频谱截取不当时，连续信号的边缘有可能会出现波形不连续的情况，这种情况会导致频谱泄漏的发生[39]，从而导致最后测得的频率跟实际频率有所差别。为了防止这种现象发生可以通过对信号进行加窗使得波形不连续的边缘变得平滑，这样可以降低快速傅里叶变换和CZT算法产生的频谱泄漏[40]。表3-1列出了一些常用窗函数的特征。表3-1常用窗函数特征Table3-1featuresofcommonwindowfunctions窗类型旁瓣衰减/dB特点应用矩形窗-20主瓣比较集中，旁瓣较高测量物体自振频率三角窗-25主瓣宽约等于矩形窗的两倍，但旁瓣小主要分析窄带信号平顶窗0有非常小的通带波动可以用在校准上汉宁窗-60主瓣加宽并降低，旁瓣衰减速度快测量多个频率分量的信号汉明窗-20旁瓣更小，衰减速度比汉宁窗衰减速度慢与汉明窗类似
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载毫米波雷达频率划分和产品现状分析[J]. 刘玉超,梅亨利,王景. 科技与创新. 2017(11)
[2]基于自动筛选技术的广义有序统计类CFAR检测性能分析[J]. 孙艳丽,李建海,陈贻焕. 计算机与数字工程. 2016(09)
[3]基于多背景杂波分布模型的自适应CFAR检测[J]. 陈华杰,张渝,林岳松. 光电工程. 2011(01)
[4]对称三角线性调频连续波雷达信号多周期模糊函数分析[J]. 吴礼,彭树生,肖泽龙,是湘全. 南京理工大学学报(自然科学版). 2009(01)
[5]LFMCW雷达多目标MTD-速度配对法[J]. 肖汉,杨建宇,熊金涛. 电波科学学报. 2005(06)
[6]自适应数字波束形成在FMCW雷达中的应用[J]. 李军,龚耀寰. 系统工程与电子技术. 2005(07)
[7]LFMCW雷达运动目标检测与距离速度去耦合[J]. 杨建宇,凌太兵,贺峻. 电子与信息学报. 2004(02)
[8]调频连续波雷达频谱配对信号处理方法[J]. 史林,张琳. 西安电子科技大学学报. 2003(04)
[9]一种采用变周期调频连续波雷达的多目标识别方法[J]. 徐涛,金昶明,孙晓玮,夏冠群. 电子学报. 2002(06)
[10]线性调频连续波雷达接收机性能分析[J]. 杨建宇. 系统工程与电子技术. 2001(10)
硕士论文
[1]毫米波车检雷达信号处理与实现[D]. 沈涛.南京理工大学 2018
[2]毫米波雷达测速测距算法研究与实现[D]. 钟仁海.南华大学 2018
[3]车载毫米波雷达信号处理算法的研究[D]. 朱菊蕾.电子科技大学 2018
[4]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
[5]24GHz调频连续波雷达信号处理技术研究[D]. 李健.南京理工大学 2017
[6]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
[7]线性调频连续波雷达信号处理算法研究与硬件实现[D]. 孙疆涛.西安电子科技大学 2014
[8]雷达杂波的恒虚警处理的研究[D]. 席现国.大连海事大学 2013
[9]24GHz汽车防撞雷达中频与基带信号处理研究[D]. 迪利敏.浙江大学 2012
[10]收发全数字波束形成技术研究[D]. 陈帅霖.西安电子科技大学 2012
本文编号：3419231
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