毫米波车检雷达信号处理与实现
发布时间：2020-07-24 06:42
【摘要】：随着社会经济的迅速发展,汽车已经成为人们生活的一部分,但是日益增长的汽车数量为人们生活带来便利的同时也带来了愈发严重的交通问题。智能交通系统(Intelligent Transport System,简称ITS)的产生明显减缓了交通压力,而车检器作为ITS的一个重要部分,具有很大的研究价值。相比其他车检器,微波雷达车检器具有安装方便、检测性能好、抗干扰性强等优点,因此应用前景更加广阔。本文针对LFMCW(Linear frequency modulated continuous wave)体制的毫米波车检雷达,分析雷达信号处理的方法,并用DSP实现雷达信号处理的过程。具体研究内容如下:1.LFMCW雷达的信号处理算法研究。首先介绍LFMCW雷达的工作流程框图和测距测速原理,通过建立时域和频域的数学模型分析差拍信号的特性,分析了单个周期三角波调频的雷达模糊函数并由此给出距离、速度分辨率;详细论述了几种LFMCW雷达的多目标检测方法:介绍了 MTD(Moving Target Detection)-频域配对法,提出了一种基于FSK(Frequency-shift keying)+LFM调制波形的多目标检测方法和一种基于变周期FMCW+CW调制波形的多目标检测方法,对三种检测方法进行仿真分析,比较它们的优劣;研究了 LFMCW雷达差拍信号处理的几个关键步骤:加窗FFT、恒虚警检测以及频谱校正和细化技术,分析比较了几种窗函数的区别,分析了一种变化指数恒虚警检测技术和一种离散频率自动校正的方法,仿真结果验证了可行性。2.LFMCW雷达信号处理的DSP实现。首先给出了基于DSPTMS320C6748的雷达信号处理模块的软件设计流程图,并分别详细分析了 DAC模块、ADC模块、LCD显示以及串口通信模块的软件设计过程,最后将DSP开发板与雷达传感器相连进行系统测试,实测数据验证了信号处理算法的可行性。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51
【图文】：
、梯形波调频［２４—２５］等，本章针对三角波调频下的ＬＦＭＣＷ雷达进行分析。逡逑２．１逦ＬＦＭＣＷ雷达系统框图逡逑ＬＦＭＣＷ雷达系统的原理框图如图２．１所示：逡逑发射天线逡逑调制彳ＶＣＯ逦—？邋功分器邋—＾逡逑信号处理——逦逦厂逡逑ＡＤＣ逦放大滤波放—（ 逡逑混频器逦接收天线逡逑图２．１邋ＬＦＭＣＷ雷达原理框图逡逑调制信号（三角波）经过压控振荡器（ＶＣＯ），产生频率随时间按三角波变化的调频逡逑信号，调频信号经功分器后分成两路，一路作为发射信号经天线发射出去，另一路给混逡逑频器做本振信号，发射信号在空间传播时遇到目标后反射，反射信号被接收天线接收后逡逑经过混频器得到差拍信号［２６］。差拍信号经过放大器和ＡＤ转换器之后，成为数字信号并逡逑进入信号处理模块进行处理。目标与雷达间的距离和径向速度会导致接收信号与发射信逡逑号间存在一个频率差，这个频率差包含了目标的距离和速度信息。因此，对采样后的数逡逑据进行傅里叶变换得到差拍信号的频谱，就可以解出目标的距离和速度。这就是ＬＦＭＣＷ逡逑雷达的基本工作原理。逡逑２．２逦ＬＦＭＣＷ雷达测距测速原理逡逑２．２．１静止目标测量原理逡逑假设调制信号为对称三角波，在理想无干扰且目标和雷达相对静止的情况下，逡逑ＬＦＭＣＷ雷达的发射信号、接收信号以及差拍信号的T 频特性如图２．
逦ｔ逡逑图２．２对称三角波调制下ＬＦＭＣＷ雷达时频特性（静止目标）逡逑由图２．２可知，接收信号与发射信号的时频曲线形状相同，但雷达与目标之间的距逡逑离导致时间上有个回波延时ｔ，延时ｔ与距离７？的关系如下：逡逑ｚ邋＝邋２Ｒ／ｃ逦（２．１）逡逑其中ｃ为光速，ｃ邋＝邋３ｘｌ0８，邋７？为目标与雷达的距离。由于信号频率受三角波线性调制，逡逑在三角波的上下扫频段，回波延时导致一个频率差。这个频率差就是混频后的差拍信号逡逑的频率这个频率与回波延时Ｔ的关系如下：逡逑ｆｂ＝Ｙｒ逦（２－２）逡逑式（２．２）中５为调频带宽，Ｔ为调制三角波的周期。根据式（２．１）和（２．２）可以得到目标距离逡逑与差拍信号的频率人的关系如下：逡逑４逦（２．３）逡逑由式（２．３）可知，三角波调频下的ＬＦＭＣＷ雷达检测到的距离与差拍信号的频率／６逡逑成正比。因此，只需对差拍信号进行傅里叶变换，得到差拍信号的频率后就可以求得静逡逑止目标的距离。逡逑２．２．２运动目标测量原理逡逑当目标与雷达存在径向速度时，这个速度使雷达接收信号的频率叠加一个多普勒频逡逑移。三角波调频下的ＬＦＭＣＷ
逦ｔ逡逑图２．３对称三角波调制下ＬＦＭＣＷ雷达时频特性（运动目标）逡逑由图２．３可知，在目标相对于雷达运动的情况下，混频器出来的差拍信号主要包含逡逑两个频率，上扫频／＋和下扫频／＿。这两个频率与由距离决定的差频／Ａ和由速度决定的逡逑多普勒频率／ｒｆ有关，具体关系如下：逡逑ｆ，＝ｆｈ－Ｌ逦（２－４）逡逑ｆ－＝ｆｈ邋＋邋Ｌ逦（２－５）逡逑其中，多普勒频率人与目标径向速度ｖ和波长；Ｉ有关，波长由光速ｃ和雷达工作频率／。逡逑决定，具体关系如下：逡逑／厂竽（２－６）逡逑Ａ邋Ｃ逡逑如果目标向着雷达运动时，径向速度Ｖ大于０；如果目标远离雷达时，径向速度Ｖ小逡逑ｊ－邋０。将式（２．３）和（２．６）代入式（２．４）和（２．５），得到运动目标的距离和速度的表达式（２．７）和逡逑（２＿８）。逡逑Ｒ邋＝邋Ｌｆ＼＋ｆ－、Ｔｃ逦（２．７）逡逑８５逡逑ｖ邋＝邋／±１二逦（２．８）逡逑４／0逡逑因此
本文编号：2768465
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51
【图文】：
、梯形波调频［２４—２５］等，本章针对三角波调频下的ＬＦＭＣＷ雷达进行分析。逡逑２．１逦ＬＦＭＣＷ雷达系统框图逡逑ＬＦＭＣＷ雷达系统的原理框图如图２．１所示：逡逑发射天线逡逑调制彳ＶＣＯ逦—？邋功分器邋—＾逡逑信号处理——逦逦厂逡逑ＡＤＣ逦放大滤波放—（ 逡逑混频器逦接收天线逡逑图２．１邋ＬＦＭＣＷ雷达原理框图逡逑调制信号（三角波）经过压控振荡器（ＶＣＯ），产生频率随时间按三角波变化的调频逡逑信号，调频信号经功分器后分成两路，一路作为发射信号经天线发射出去，另一路给混逡逑频器做本振信号，发射信号在空间传播时遇到目标后反射，反射信号被接收天线接收后逡逑经过混频器得到差拍信号［２６］。差拍信号经过放大器和ＡＤ转换器之后，成为数字信号并逡逑进入信号处理模块进行处理。目标与雷达间的距离和径向速度会导致接收信号与发射信逡逑号间存在一个频率差，这个频率差包含了目标的距离和速度信息。因此，对采样后的数逡逑据进行傅里叶变换得到差拍信号的频谱，就可以解出目标的距离和速度。这就是ＬＦＭＣＷ逡逑雷达的基本工作原理。逡逑２．２逦ＬＦＭＣＷ雷达测距测速原理逡逑２．２．１静止目标测量原理逡逑假设调制信号为对称三角波，在理想无干扰且目标和雷达相对静止的情况下，逡逑ＬＦＭＣＷ雷达的发射信号、接收信号以及差拍信号的T 频特性如图２．
逦ｔ逡逑图２．２对称三角波调制下ＬＦＭＣＷ雷达时频特性（静止目标）逡逑由图２．２可知，接收信号与发射信号的时频曲线形状相同，但雷达与目标之间的距逡逑离导致时间上有个回波延时ｔ，延时ｔ与距离７？的关系如下：逡逑ｚ邋＝邋２Ｒ／ｃ逦（２．１）逡逑其中ｃ为光速，ｃ邋＝邋３ｘｌ0８，邋７？为目标与雷达的距离。由于信号频率受三角波线性调制，逡逑在三角波的上下扫频段，回波延时导致一个频率差。这个频率差就是混频后的差拍信号逡逑的频率这个频率与回波延时Ｔ的关系如下：逡逑ｆｂ＝Ｙｒ逦（２－２）逡逑式（２．２）中５为调频带宽，Ｔ为调制三角波的周期。根据式（２．１）和（２．２）可以得到目标距离逡逑与差拍信号的频率人的关系如下：逡逑４逦（２．３）逡逑由式（２．３）可知，三角波调频下的ＬＦＭＣＷ雷达检测到的距离与差拍信号的频率／６逡逑成正比。因此，只需对差拍信号进行傅里叶变换，得到差拍信号的频率后就可以求得静逡逑止目标的距离。逡逑２．２．２运动目标测量原理逡逑当目标与雷达存在径向速度时，这个速度使雷达接收信号的频率叠加一个多普勒频逡逑移。三角波调频下的ＬＦＭＣＷ
逦ｔ逡逑图２．３对称三角波调制下ＬＦＭＣＷ雷达时频特性（运动目标）逡逑由图２．３可知，在目标相对于雷达运动的情况下，混频器出来的差拍信号主要包含逡逑两个频率，上扫频／＋和下扫频／＿。这两个频率与由距离决定的差频／Ａ和由速度决定的逡逑多普勒频率／ｒｆ有关，具体关系如下：逡逑ｆ，＝ｆｈ－Ｌ逦（２－４）逡逑ｆ－＝ｆｈ邋＋邋Ｌ逦（２－５）逡逑其中，多普勒频率人与目标径向速度ｖ和波长；Ｉ有关，波长由光速ｃ和雷达工作频率／。逡逑决定，具体关系如下：逡逑／厂竽（２－６）逡逑Ａ邋Ｃ逡逑如果目标向着雷达运动时，径向速度Ｖ大于０；如果目标远离雷达时，径向速度Ｖ小逡逑ｊ－邋０。将式（２．３）和（２．６）代入式（２．４）和（２．５），得到运动目标的距离和速度的表达式（２．７）和逡逑（２＿８）。逡逑Ｒ邋＝邋Ｌｆ＼＋ｆ－、Ｔｃ逦（２．７）逡逑８５逡逑ｖ邋＝邋／±１二逦（２．８）逡逑４／0逡逑因此
【参考文献】
相关期刊论文 前9条
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9 丁康,谢明,张彼德,赵玲;复解析带通滤波器及其在解调分析中的应用[J];振动工程学报;2000年03期
本文编号：2768465
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