基于Ka波段安防LFMCW雷达信号处理的研究

发布时间：2017-06-26 10:00

  本文关键词：基于Ka波段安防LFMCW雷达信号处理的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相较于摄像头,雷达拥有较大优势,包括白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,雷达也在安防领域的热门应用方向。目前,安防雷达广泛应用于周界监控、机场安全区保护、监狱安防、输油管道和油田保护以及与现有的安防视频系统融合使用。安防雷达一般采用LFMCW(线性调频连续波)体制。LFMCW雷达拥有较好的距离和速度分辨率、可靠性高、距离盲区小以及良好的抗干扰性能等优点。因此在雷达测距、测速系统中得到广泛应用。本论文就是在Ka波段安防雷达项目的基础上,研究了LFMCW雷达的基带信号处理算法,主要的研究工作有:首先介绍了LFMCW雷达研究背景以及现状,具体分析了LFMCW雷达的基本原理和信号模型,阐述了LFMCW雷达优缺点,以及Ka波段LFMCW安防雷达系统设计要求,并提出基带信号处理方案。重点研究了LFMCW雷达信号处理中几种重要模块,包括动目标指示(MTI)、动目标检测(MTD)、恒虚警(CFAR)处理、以及多目标配对。各个模块均利用MATLAB实现多种不同算法仿真并对比性能。其中在动目标指示(MTI)部分,用遗传算法设计了自适应MTI滤波器,采用了创新的适应度函数和惩罚函数,最终所设计出来的滤波器性能良好。动目标检测(MTD)部分对比了基于FFT以及FIR的两种MTD滤波器算法。恒虚警(CFAR)部分分别分析对比一维二维场景下多种恒虚警处理算法。多目标配对部分分别对比了频域配对法、MTD频域配对法、变周期法以及加平坦斜率法。随后,基于以上工作整合了各个算法模块完成LFMCW雷达系统仿真,并最终验证系统仿真结果正确。最后负责了雷达整机基带部分的外场测试,介绍了雷达整机测得的结果,同时将外场采集得到的数据导入MATLAB软件以验证在实际情况下所仿真的系统的可靠性,对比了两个场景下外场数据仿真的效果。最后的结果表明雷达整机可以良好的实现测量多目标的速度和距离参数,所研究的算法可以较好的满足项目指标。
【关键词】：线性调频连续波雷达 动目标检测 恒虚警处理 多目标配对 外场测试
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 LFMCW的主要优缺点15-16
• 1.2 LFMCW雷达研究状况与发展动态16-17
• 1.2.1 历史概况16-17
• 1.2.2 当前发展动态17
• 1.3 论文背景及任务需求17-18
• 1.4 论文内容安排18-19
• 第二章 Ka波段LFMCW安防雷达系统设计描述19-28
• 2.1 LFMCW雷达的基本原理19-22
• 2.2 LFMCW雷达信号分析22-25
• 2.3 毫米波LFMCW雷达的优点25
• 2.4 Ka波段LFMCW安防雷达系统设计要求25-27
• 2.4.1 信号处理系统功能26
• 2.4.2 信号处理系统参数26-27
• 2.4.3 信号处理系统实现方案27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 LFMCW雷达信号处理算法分析28-71
• 3.1 动目标显示（MTI）28-38
• 3.1.1 杂波模型分析28-29
• 3.1.2 MTI改善因子（If）29-31
• 3.1.3 传统MTI滤波器设计31-33
• 3.1.4 自适应MTI滤波器设计33-38
• 3.1.4.1 遗传算法（GA）简介33-34
• 3.1.4.2 使用遗传算法（GA）设计自适应MTI滤波器34-36
• 3.1.4.3 自适应MTI滤波器仿真实例36-38
• 3.2 动目标检测（MTD）38-42
• 3.2.1 基于FFT的MTD滤波器组39-41
• 3.2.2 FIR实现MTD滤波器组41-42
• 3.3 恒虚警（CFAR）检测技术42-60
• 3.3.1 引言42
• 3.3.2 CFAR检测技术的基本原理42-44
• 3.3.3 瑞利杂波环境下的CFAR检测44-46
• 3.3.4 一维恒虚警（CFAR）检测46-57
• 3.3.4.1 单元平均恒虚警算法（CA-CFAR）46-50
• 3.3.4.2 选大、选小恒虚警算法（GO、SO-CFAR）50-52
• 3.3.4.3 有序统计恒虚警算法（OS-CFAR）52-53
• 3.3.4.4 一维CFAR处理性能分析53-57
• 3.3.5 二维恒虚警（CFAR）检测57-60
• 3.3.5.1 二维矩形参考滑窗58-59
• 3.3.5.2 二维十字形参考滑窗59
• 3.3.5.3 二维矩形十字形参考滑窗性能对比59-60
• 3.4 LFMCW雷达距离-速度去耦合算法分析60-69
• 3.4.1 对称三角LFMCW雷达距离速度耦合问题分析61-62
• 3.4.2 频域配对法去耦合62-64
• 3.4.3 MTD-频域配对法去耦合64-65
• 3.4.4 变周期对称三角LFMCW目标识别法65-68
• 3.4.5 对称三角加平坦斜率LFMCW目标识别法68-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第四章 Ka波段LFMCW安防雷达系统仿真71-79
• 4.1 Ka波段LFMCW安防雷达信号系统算法流程71-72
• 4.2 仿真参数设计72-73
• 4.3 信号处理流程仿真73-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 Ka波段LFMCW安防雷达系统外场测试79-86
• 5.1 外场测试条件79
• 5.2 外场测试效果79-80
• 5.3 外场测试数据算法验证80-85
• 5.3.1 场景一80-83
• 5.3.2 场景二83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 结束语86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间取得的成果91-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨建宇,凌太兵,贺峻;LFMCW雷达运动目标检测与距离速度去耦合[J];电子与信息学报;2004年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 雷婷;LFMCW雷达信号处理及显示软件设计[D];西安电子科技大学;2010年

  本文关键词：基于Ka波段安防LFMCW雷达信号处理的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：485670