FMCW近程测距雷达的差频信号处理技术研究

发布时间：2017-08-17 11:34

  本文关键词：FMCW近程测距雷达的差频信号处理技术研究

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【摘要】：FMCW雷达可以测量静止或运动目标的距离和速度,如今广泛用于高速公路超速监测系统、汽车防撞雷达等领域。在大型煤矿场站,司机在驾驶超大型重卡运输作业时,行进前后中往往存在视野盲区,极易发生安全事故。本文选择在汽车上安装FMCW雷达来实时测量车身与障碍物间的距离,保障人身和财产安全。为了从雷达差频信号中提取精度较高的距离信息,需要对差频信号做噪声干扰滤除和频率估计校正处理。本文的研究内容就围绕这两方面展开。 论文首先论述了FMCW雷达的工作结构和测距原理。设计了包括模拟滤波器、增益放大调整等模块在内的前端差频信号预处理电路,以及用于信号处理的以TMS320F28335芯片为核心的DSP开发板；在后期数字信号处理中,依据差频信号自身特点,利用两种信号降噪滤波方法进行了分析与实验。即设计了FIR数字滤波器,将差频信号与具有固定频带的干扰信号分离、滤除。滤波器去噪方法的特点在于设计简捷,易于仿真和硬件实现；而针对宽频带随机噪声不能利用固定截止频率的数字滤波器滤除的问题,介绍了基于自相关函数能量特性的EMD降噪方法,并据此提出了新的判决有用信号主导模态与噪声主导模态分界点的自适应方法,最后对实际差频信号进行了仿真实验。在分析了频谱估计中的能量重心校正原理和Chirp-Z变换的基础上,对传统FFT算法进行了改进,提出了基于能量重心特性的FFT+Chirp-Z变换目标距离估计算法。该算法与以往的局部频谱细化分析算法相比可以减少一半的Chirp-Z变换运算点数,而且进一步提高了频率估计精度,更有利于算法在DSP中硬件实现。 文中通过MP424采集卡采集了测距范围在1～30m的多组差频信号,并分别进行了整体硬软件测试。实验结果表明了EMD去噪算法的有效性,验证了改进的FFT+Chirp-Z变换算法的快捷性,其在运算量和测距精度上均优于传统的FFT算法。
【关键词】：FMCW雷达 差频信号 滤波 频谱估计 DSP
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 FMCW雷达研究背景及意义10-11
• 1.2 FMCW雷达国内外研究动态11-14
• 1.2.1 FMCW测距防撞雷达研究发展动态11-12
• 1.2.2 信号处理和DSP技术在FMCW雷达上的应用12-14
• 1.3 本文主要工作14-15
• 第2章 FMCW雷达测距原理15-23
• 2.1 FMCW雷达结构与工作原理15
• 2.2 三角波调制下FMCW雷达信号分析15-21
• 2.2.1 三角波FMCW雷达测距测速的工作原理15-19
• 2.2.2 三角调频连续波雷达信号分析19-20
• 2.2.3 多普勒现象对距离测量的影响20-21
• 2.3 影响FMCW雷达测距精度的因素21-23
• 2.3.1 栏栅现象对频谱估计的影响21
• 2.3.2 截断效应对频谱估计的影响21-22
• 2.3.3 VCO线性度对距离分辨率的影响22-23
• 第3章 FMCW雷达测距硬件电路设计23-33
• 3.1 总体设计23-24
• 3.2 差频信号预处理电路设计24-29
• 3.2.1 雷达传感器IVS-16324-25
• 3.2.2 三角波调制信号的产生25
• 3.2.3 差频信号前端处理电路设计25-27
• 3.2.4 信号处理电路板设计中注意的若干问题27-29
• 3.3 数据采集卡模块MP42429
• 3.4 差频信号处理的DSP开发板设计29-33
• 3.4.1 TMS320F28335芯片29-30
• 3.4.2 DSP外围电路设计30-33
• 第4章 FMCW雷达差频信号处理技术研究33-61
• 4.1 数字滤波器设计33-41
• 4.1.1 数字滤波器概述与比较33-35
• 4.1.2 FIR滤波器设计方案分析35-37
• 4.1.3 FIR滤波器的MATLAB仿真设计37-41
• 4.2 基于EMD的差频信号去噪算法41-52
• 4.2.1 EMD算法基本原理41-43
• 4.2.2 基于自相关函数能量特性的EMD去噪算法43-48
• 4.2.3 实验测试及分析48-52
• 4.3 FMCW雷达的目标距离估计算法52-60
• 4.3.1 频谱分析中的能量重心校正原理53-54
• 4.3.2 基于能量重心特性的FFT+Chirp-Z变换目标距离估计算法54-56
• 4.3.3 实验测试及分析56-60
• 4.4 差频信号处理算法小结60-61
• 第5章 测试与分析61-74
• 5.1 DSP系统测试62-64
• 5.1.1 SRAM测试62-63
• 5.1.2 FLASH存储测试63-64
• 5.2 DSP验证实现FIR低通滤波器64-68
• 5.2.1 CCS IDE与MATLAB仿真软件联合调试方法65
• 5.2.2 FIR滤波器DSP实现效果测试65-68
• 5.3 目标测距测速实验结果及分析68-72
• 5.3.1 静态单个目标测距实验68-71
• 5.3.2 动态单个目标测距测速实验71-72
• 5.4 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果81-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：688818