当前位置:主页 > 科技论文 > 网络通信论文 >

FMCW测距雷达的信号处理技术研究与实现

发布时间:2018-03-03 12:52

  本文选题:调频连续波雷达 切入点:经验模态分解 出处:《中北大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:随着雷达技术的迅速发展,采用调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达体制的测距测速系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中,并且各个领域对测量的精度要求也越来越高。由于雷达信号在传播过程会受到热噪声、地杂波等噪声的影响,会造成一定的测量误差,本文在对FMCW雷达差频信号特点和造成FMCW雷达测量误差原因分析的基础上,提出了一种综合的信号处理算法。该算法首先通过自适应的降噪方法对差频信号进行预处理,然后运用基于快速傅里叶变换(FastFourier Transformation,FFT)的频率估计算法精确地估计出差频信号的频率,最后根据距离公式实现对目标信息的提取。 论文首先介绍了FMCW雷达系统典型的结构框图和三角波调制方式下的FMCW雷达测距测速的基本原理,并分析了造成FMCW雷达测量误差的原因;其次根据差频信号的特点,提出了自相关检测法和基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的降噪算法,这两种方法都可以自适应地提取出淹没在噪声中的微弱差频信号,来提高信噪比;然后针对采用快速傅里叶变换对差频信号进行频谱分析时存在栏栅现象和能量泄露的问题,介绍了比值法和能量重心法这两类常用的频谱校正理论,并在比值法的基础上提出了基于FFT系数的频率估计算法,避免了求信号幅度谱的复数求模运算,在能量重心法的基础上提出了结合调整频偏或截断长度的能量重心法,进一步提高了差频信号的频率估计精度。 最后借助于FMCW雷达收发器IVS-163和MP424数据采集卡,开发了基于LabVIEW的FMCW雷达测距系统,可对差频信号进行实时的采集和处理,能够较高精度地提取目标距离信息;通过整体测试与试验,,验证了综合的信号处理算法的可靠性和有效性。
[Abstract]:With the rapid development of radar technology, the ranging and velocimetry system based on frequency-modulated continuous frequency Modulated Continuous wave radar system is more and more widely used in daily life and industrial production. Because radar signal is affected by thermal noise, ground clutter and other noises, the measurement error will be caused. Based on the analysis of the characteristics of FMCW radar differential frequency signals and the causes of FMCW radar measurement errors, a comprehensive signal processing algorithm is proposed in this paper. Firstly, the differential frequency signals are preprocessed by adaptive de-noising method. Then the frequency estimation algorithm based on Fast Fourier transform (FFT) is used to estimate the frequency of the travel frequency signal accurately. Finally, the target information is extracted according to the distance formula. This paper first introduces the typical structure block diagram of FMCW radar system and the basic principle of FMCW radar ranging and velocimetry under triangle wave modulation, and analyzes the causes of the measurement error of FMCW radar, secondly, according to the characteristics of differential frequency signal, An autocorrelation detection method and an empirical Mode decomposition (EMD) based noise reduction algorithm are proposed. Both of these two methods can adaptively extract weak differential signals submerged in noise to improve signal-to-noise ratio (SNR). Then, aiming at the problems of fence phenomenon and energy leakage in the frequency spectrum analysis of differential frequency signal using fast Fourier transform, this paper introduces two kinds of common spectrum correction theories: ratio method and energy center of gravity method. On the basis of ratio method, a frequency estimation algorithm based on FFT coefficient is put forward, which avoids complex modulus calculation of signal amplitude spectrum. On the basis of energy center of gravity method, an energy center of gravity method combined with adjusting frequency offset or truncating length is proposed. The frequency estimation accuracy of the difference frequency signal is further improved. Finally, with the aid of FMCW radar transceiver IVS-163 and MP424 data acquisition card, the FMCW radar ranging system based on LabVIEW is developed, which can collect and process the differential frequency signal in real time, and can extract the target distance information with high accuracy. The reliability and validity of the integrated signal processing algorithm are verified by the whole test and experiment.
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN957.51

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈先中;柳瑾;;FMCW微波液位测量的快速频率估计算法[J];传感技术学报;2005年04期

2 张昌菊,唐斌;单频信号快速频率估计算法比较及改进[J];电讯技术;2005年01期

3 岳文豹;杨录;张艳花;;FMCW雷达近程测距系统设计[J];电子技术应用;2012年04期

4 柏林;董鹏飞;刘小峰;徐冠基;;比值法的频率估计精度分析[J];重庆大学学报;2010年10期

5 黄鹤;彭晓;;基于离散傅里叶变换的频率测量方法与应用[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2012年03期

6 侯盼卫;杨录;王建军;;基于FFT系数的正弦信号频率估计算法[J];光电技术应用;2013年06期

7 侯盼卫;杨录;岳文豹;;基于LabVIEW的FMCW雷达测距系统设计[J];传感器世界;2013年12期

8 丁康;郑春松;杨志坚;;离散频谱能量重心法频率校正精度分析及改进[J];机械工程学报;2010年05期

9 范晓志;王长广;黄晓红;宋学君;;基于小波分析和多重自相关法的微弱信号检测技术[J];计算机应用与软件;2007年05期

10 薛海建;郭晓松;周召发;王振业;;基于经验模分解的陀螺信号去噪[J];机械科学与技术;2013年07期

相关博士学位论文 前4条

1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 杨萃;噪声环境下频率估计算法研究[D];华南理工大学;2010年

3 徐善辉;基于Hilbert-Huang变换的地震噪声衰减与薄层预测技术研究[D];吉林大学;2012年

4 曹燕;含噪实信号频率估计算法研究[D];华南理工大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 宋换荣;FMCW雷达料位仪信号处理系统的研究及应用[D];南京林业大学;2007年

2 王淮兴;5mm波段FMCW近程雷达定距分析研究[D];南京理工大学;2007年

3 刘银恩;高精度频率估计算法研究[D];南京理工大学;2007年

4 郑兴林;毫米波汽车防撞雷达信号处理关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

5 张宁;FMCW车辆检测雷达数据处理系统的研究与设计[D];江苏科技大学;2012年

6 鲁晓帆;FMCW测距雷达设计与实现[D];南京航空航天大学;2012年

7 李成虎;毫米波FMCW雷达中射频对消技术研究[D];电子科技大学;2012年

8 岳文豹;FMCW雷达测距系统的研究与实现[D];中北大学;2013年

9 韩星;基于毫米波雷达的汽车主动防撞预警目标识别[D];吉林大学;2013年

10 丁海凤;汽车主动防撞预警系统雷达信号处理研究[D];吉林大学;2013年



本文编号:1561115

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/1561115.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户9a255***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com