微弱目标检测的算法设计和硬件实现

发布时间：2020-11-06 10:13

　　 微波雷达因具有受环境影响小、单位面积成本低等独特优势在安防市场得到广泛重视。然而安防雷达由于体积小、辐射功率低、背景噪声强导致回波信号信噪比低,给雷达的检测和预警带来了极大的困难。本文根据安防雷达探测的实际情况,基于微弱目标信号检测,做了如下几项工作:1、针对安防雷达存在目标回波信号弱的问题,采用了二次混频和长时间积累的解决方案。针对前者,本文对比分析了零中频接收机和超外差接收机的优缺点,设计了一种改进的雷达系统结构,提高了 LFMCW雷达的灵敏度。2、从理论上分析了 LFMCW雷达长时间积累造成目标回波跨距离单元走动的机理,并通过基于Keystone变换的距离补偿算法解决了目标跨距离单元走动造成的积累性能下降问题。根据多目标多模糊度的工程实际问题,本文进一步改进了基于Keystone变换的距离补偿算法,使之适用于多目标情况下的目标检测。3、结合系统应用背景,给出了微弱目标检测系统指标和结构框图,设计并研制了微弱目标检测信号处理板,完成了信号处理板各模块调试与测试,实现了板上微弱目标检测算法的编写。4、通过实验平台对微弱目标检测系统进行实测。分析对比传统LFMCW雷达系统和改进型雷达系统的实测数据表明,本文的系统结构可以提高雷达的灵敏度。同时本文分别对直接型MTD检测算法和基于Keystone变换的MTD检测算法进行验证,实测结果表明基于Keystone变换的MTD检测算法能有效提高对微弱目标的检测能力。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN957.51
【部分图文】：

?２??由式（３．２）可以看出，信号的瞬时频率与时间呈线性关系。??式（３．１）中，ＪｅｘｐＧＶｆｅ２：（是信号的复包络，其时域波形和频域波形如图３．１所示，调??频周期ｒ?＝?ｌｍｓ，调频带宽５?＝?０．４ＭＨｚ，采样频率乂?＝ｌＭＨｚ。??单周期线性调頻信号时域囝??０?０?１?０２?０３?０４?０．５?０．６?０７?０?８?０．９?１??Ｂ?才间／ｍｓ?ｘ?１Ｑ？??单周期线性调频信号频谱图??３００??１?１?１?ｊ?ｉ?＼?１?１?１???２（Ｘ）?隹麵＿蝴？?－??Ｓ１００：?＼?－??Ｑ??Ｉ?｜?Ｊ?１、－１?－Ｉ?＞?＜?■?????’??０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．３?０．３?１??频率／ＭＨｚ??图３．１?ＬＦＭＣＷ信号复包络实部波形和幅频特性??１１??

在强背景噪声下，长时间积累能有效提高微弱目标的信噪比，长时间积累的主要思??想是将一段时间内接收到的所有回波信号进行累加产生一帧数据，Ｍ表示积累时间内??回波信号的周期数。长时间积累过程如图３．２所示。??Ｙ??＞?周期１?周期２?周期３?……?周期Ｍ－２周期Ｍ－１周期Ｍ??１?＾＾??积累时长??图３．２长时间积累示意图??相参积累就是在恒虚警检测前，将处于同一距离单元上，不同周期的回波信号的幅??度和相位进行叠加，从而提高目标信噪比的一种方法。相参积累不但对幅度进行累加，??还利用了不同周期间的相位信息，所以要确定所有积累周期之间的相位信息是已知的。??长时间相参积累步骤如下：假设一段积累时间内有Ｍ个周期的雷达回波信号，对这??段时间内的回波信号进行采样，一个周期内的信号采＃个点，可以得到７Ｖ个距离单元。??那么该段积累时间内的采样数据可以表示成一个维数据，如图３．３所示。??距离单元（快时间）??０?Ｈ?周??周隱逼營??．．?丨丨丨??ａ?：?ｉ：?…．：Ｔ?３??觀糖ｒｍｒ『一，ｒ靡，－??Ｈｉ??Ｍ－ｌ?Ｈ?卜??米样间隔（Ｑ??图３．３积累时间内的二维数据结构图??矩阵的每列数据的相位都是相同的

Ｃ??包络的中心频率与速度成正比。??二维ＦＦＴ算法如图３．７所示，幅值最大的点对应的距离维和速度维的频率又，，又可??求得目标的距离与速度，如下所示：??ｖ?＝?－＾－?（３．１４）??２／〇??？＝吾（Ｌ－泣）?（３－１５）??２Ｂ?ｃ??二维ＦＦＴ霣：去??＊?１０?．．．．．：？？？？■■＂Ｉ＂＊－－．．．??ａｒ?ｒ＇：．．．．．．．．．．ｒ＇?ｔ?＇ｒ?■■？．．．？＇??７－?１一?—：?ｌ．?．．?■■?■．．．ｒ?ｔ－？、．?ｒ?？：????ｉ一．．．．．．．．．．；一！一卜．．．．．丨????ｉ?ｉ?ｊ?？？？？？？？？■？＇Ｖ?－－－．．．．?Ｊ?＇＂?ｉ??４，—ｔ???．．?ｊ．??ｒ－－．．?：?？－Ｊ．?＊＇ｉ??：■?．?．．．Ｉ－????：?Ｉ?ｊ?＇?：??３－?ｒ．■丨？?ｊ?ｉ－?一ｉ．？？一ｔ－－，４?－１??２－？？？－ｔ＿．？？？？＿；■？？？？？?＾，．．．．．１．?－－ｉ?十、！?？■？？．．４．?．１??????？＂?；?！?．?Ｗ？、、．?＇?Ｉ?：??ｊ§度Ｈ?运离维??图３．７二维ＦＦＴ算
【参考文献】

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本文编号：2873003