线性调频连续波雷达信号处理算法研究与实现
发布时间：2021-02-12 20:01
线性调频连续波雷达由于具备无探测盲区、距离分辨率高、发射功率低、结构简单等特点,并且随着理论研究深入、雷达应用技术提高,近年来线性调频连续波雷达被越来越广泛应用于无人机、汽车等军事和民用领域。本文首先分析和介绍线性调频连续波雷达基本原理。随后针对差频频率估计问题,提出一种基于Rife算法和Jacobsen算法的联合频率估计算法,不但提高频率估计性能并且以较少计算量保证信号处理实时性。其次基于相位测角方法和全相位FFT算法实现目标方位角参数较为准确的探测。最后本文给出变周期对称三角形线性调频连续波雷达完整算法实现流程,主要包括加窗FFT、恒虚警检测、联合频率估计、多目标匹配等,实现多目标测距、测速和测角。通过Matlab仿真验证算法结果具备较高的准确性。本文还设计和开发了一种基于FPGA和DSP的雷达数字信号处理板,主要包括FPGA模块电路、DSP模块电路、四通道AD采样模块电路、以太网通信模块电路以及电源、时钟等辅助电路,并且完成了主要功能模块程序开发和基本调试。最后将线性调频连续波雷达信号处理算法通过DSP实现,验证算法够实现多目标实时探测,具有较高的应用价值。
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２对称三角形ＬＦＭＣＷ雷达工作原理示意图??在上扫频频段＝?［ＯＪ］，ＬＦＭＣＷ雷达发射信号为：??
隔的１００１个频率点，采样频率／ｓ?＝?４ＭＨｚ，信噪比ＳＮＲ＝５ｄＢ。对每个频率点做１０００次??蒙特卡罗仿真，０．９９６１ＭＨｚ、１ＭＨｚ、１．００３９ＭＨｚ分别为三个量化频率点。Ｒｉｆｅ频率估??计算法屮插值偏移量５对频率估计误差的影响如图２．?３所示，Ｒｉｆｅ算法能在一定程度上??减少由十“栅栏效应”引起的频率估计误差，但是当被估计频率位于两相邻量化频率的??屮心Ｋ域时精度很高，位于量化频率点附近时频率估计性能较差。由图可知，当待估频??率在?０．９９５５－０．９９６６?ＭＨｚ、０．９９９４－１．０００６、ＭＨｚ?和?１．００３３－１．００４５?ＭＨｚ?时，频率估计误??差较大，其区间边界所对应的量化频率偏差５分别为０．１４９４和０．１４５０、０．１５６０和０．１５０６、??０．１５００和０．１４９４。在量化频率偏差５与门限心判断屮，？般选取最大偏差为同时由??Ｆ误差存在和方便计算
之Ｎ的相位关系进行测角。??设有？个目标在０方向，由于目标到天线的距离远远大于天线之间的距离，则丨丨标??的反射电磁波近似看作平面波，相位法的测角原理如图２．５所示。??人线２?丫?丫人线１??＜＊?ｄ?？＞；??图２．５相位法测角示意图??其屮两天线间趴为Ａ因此两个天线接收到同－个Ｈ标的反射波存在波程差Ａ／？二ｄ?？??因此反射信号相位差为：??ｃｐ?＝?＾－ＡＲ?＝?＾－ｄｓｉｎ９?（２．１２）??Ａ?Ａ??其中，；ｌ为电磁波波长。故测出相位差（Ｐ，就可计算出目标的方位角。根据傅里叶变??换求解信号的相位为：??ｃｐ?＝?ａｒｃｔａｎ?（２．１３?）??其中，从ｏｊ）为信号频谱实部，＆（⑷倍４频谱虚部。设天线１接收到的佗４为＼，??ｎ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种MFSK车载雷达距离速度测量方法[J]. 蒋留兵,宋永坤,车俐. 现代雷达. 2017(11)
[2]一种改进的FMCW雷达线性调频序列波形[J]. 王元恺,肖泽龙,许建中,吴礼. 电子学报. 2017(06)
[3]基于FPGA+W5100的数据传输系统设计[J]. 郭淳,李锦明,朱平,张虎威,高文刚. 电子器件. 2017(02)
[4]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)
[5]毫米波LFMCW雷达测距关键算法研究[J]. 孙峰,朱莉,张超,刘珍. 微波学报. 2015(S2)
[6]基于改进Rife算法的LFMCW雷达测距方法及实现[J]. 于卫东,涂亚庆,詹启东,沈艳林. 电子测量与仪器学报. 2015(04)
[7]一种汽车防撞雷达多目标识别方法[J]. 蒋留兵,许腾飞,杨昌昱,韦洪浪,白云浩. 现代雷达. 2014(06)
[8]基于Rife法的线性调频连续波雷达测距算法及实现[J]. 詹启东,涂亚庆. 兵工学报. 2014(05)
[9]基于Jacobsen法的LFMCW雷达测距算法[J]. 詹启东,涂亚庆. 后勤工程学院学报. 2014(01)
[10]多核DSP芯片TMS320C6678的DDR3接口设计[J]. 刘德保,汪安民. 单片机与嵌入式系统应用. 2013(09)
博士论文
[1]近程毫米波LFMCW雷达多目标信号分析与处理方法研究[D]. 吴礼.南京理工大学 2008
硕士论文
[1]无人机避障雷达目标探测与跟踪算法研究[D]. 高迪.哈尔滨工业大学 2017
[2]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
[3]基于TMS320C6678 DSP的信号采集系统设计与实现[D]. 江伟.电子科技大学 2016
[4]基于FPGA和DSP的船舶导航雷达数字信号处理机的设计与实现[D]. 唐伟伟.南京信息工程大学 2016
[5]雷达目标恒虚警率检测算法研究[D]. 赵利凯.北京理工大学 2016
[6]基于TI高性能DSP的多核视频处理系统研究与实现[D]. 杨志坚.电子科技大学 2015
[7]多核DSP高速视频处理系统的硬件设计研究[D]. 屈磊.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[8]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
[9]多核数字信号处理平台的设计与实现[D]. 张颖川.西安电子科技大学 2013
[10]基于全相位FFT的高精度频率计系统研究[D]. 任丽棉.天津大学 2009
本文编号：3031361
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２对称三角形ＬＦＭＣＷ雷达工作原理示意图??在上扫频频段＝?［ＯＪ］，ＬＦＭＣＷ雷达发射信号为：??
隔的１００１个频率点，采样频率／ｓ?＝?４ＭＨｚ，信噪比ＳＮＲ＝５ｄＢ。对每个频率点做１０００次??蒙特卡罗仿真，０．９９６１ＭＨｚ、１ＭＨｚ、１．００３９ＭＨｚ分别为三个量化频率点。Ｒｉｆｅ频率估??计算法屮插值偏移量５对频率估计误差的影响如图２．?３所示，Ｒｉｆｅ算法能在一定程度上??减少由十“栅栏效应”引起的频率估计误差，但是当被估计频率位于两相邻量化频率的??屮心Ｋ域时精度很高，位于量化频率点附近时频率估计性能较差。由图可知，当待估频??率在?０．９９５５－０．９９６６?ＭＨｚ、０．９９９４－１．０００６、ＭＨｚ?和?１．００３３－１．００４５?ＭＨｚ?时，频率估计误??差较大，其区间边界所对应的量化频率偏差５分别为０．１４９４和０．１４５０、０．１５６０和０．１５０６、??０．１５００和０．１４９４。在量化频率偏差５与门限心判断屮，？般选取最大偏差为同时由??Ｆ误差存在和方便计算
之Ｎ的相位关系进行测角。??设有？个目标在０方向，由于目标到天线的距离远远大于天线之间的距离，则丨丨标??的反射电磁波近似看作平面波，相位法的测角原理如图２．５所示。??人线２?丫?丫人线１??＜＊?ｄ?？＞；??图２．５相位法测角示意图??其屮两天线间趴为Ａ因此两个天线接收到同－个Ｈ标的反射波存在波程差Ａ／？二ｄ?？??因此反射信号相位差为：??ｃｐ?＝?＾－ＡＲ?＝?＾－ｄｓｉｎ９?（２．１２）??Ａ?Ａ??其中，；ｌ为电磁波波长。故测出相位差（Ｐ，就可计算出目标的方位角。根据傅里叶变??换求解信号的相位为：??ｃｐ?＝?ａｒｃｔａｎ?（２．１３?）??其中，从ｏｊ）为信号频谱实部，＆（⑷倍４频谱虚部。设天线１接收到的佗４为＼，??ｎ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种MFSK车载雷达距离速度测量方法[J]. 蒋留兵,宋永坤,车俐. 现代雷达. 2017(11)
[2]一种改进的FMCW雷达线性调频序列波形[J]. 王元恺,肖泽龙,许建中,吴礼. 电子学报. 2017(06)
[3]基于FPGA+W5100的数据传输系统设计[J]. 郭淳,李锦明,朱平,张虎威,高文刚. 电子器件. 2017(02)
[4]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)
[5]毫米波LFMCW雷达测距关键算法研究[J]. 孙峰,朱莉,张超,刘珍. 微波学报. 2015(S2)
[6]基于改进Rife算法的LFMCW雷达测距方法及实现[J]. 于卫东,涂亚庆,詹启东,沈艳林. 电子测量与仪器学报. 2015(04)
[7]一种汽车防撞雷达多目标识别方法[J]. 蒋留兵,许腾飞,杨昌昱,韦洪浪,白云浩. 现代雷达. 2014(06)
[8]基于Rife法的线性调频连续波雷达测距算法及实现[J]. 詹启东,涂亚庆. 兵工学报. 2014(05)
[9]基于Jacobsen法的LFMCW雷达测距算法[J]. 詹启东,涂亚庆. 后勤工程学院学报. 2014(01)
[10]多核DSP芯片TMS320C6678的DDR3接口设计[J]. 刘德保,汪安民. 单片机与嵌入式系统应用. 2013(09)
博士论文
[1]近程毫米波LFMCW雷达多目标信号分析与处理方法研究[D]. 吴礼.南京理工大学 2008
硕士论文
[1]无人机避障雷达目标探测与跟踪算法研究[D]. 高迪.哈尔滨工业大学 2017
[2]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
[3]基于TMS320C6678 DSP的信号采集系统设计与实现[D]. 江伟.电子科技大学 2016
[4]基于FPGA和DSP的船舶导航雷达数字信号处理机的设计与实现[D]. 唐伟伟.南京信息工程大学 2016
[5]雷达目标恒虚警率检测算法研究[D]. 赵利凯.北京理工大学 2016
[6]基于TI高性能DSP的多核视频处理系统研究与实现[D]. 杨志坚.电子科技大学 2015
[7]多核DSP高速视频处理系统的硬件设计研究[D]. 屈磊.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[8]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
[9]多核数字信号处理平台的设计与实现[D]. 张颖川.西安电子科技大学 2013
[10]基于全相位FFT的高精度频率计系统研究[D]. 任丽棉.天津大学 2009
本文编号：3031361
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