基于FMCW雷达的高精度测距定位算法研究与实现

发布时间：2020-09-18 11:26

　　 调频连续波(Frequency Modulated Continous Wave,FMCW)雷达通过测量回波信号与发射信号的频差来实现测距,能将测量时延信息转换为测量频率信息,从而更容易实现高精度测距。通过对研究现状的分析可知,目前亟需研究出一种集测距与身份识别功能于一体的FMCW雷达系统。另一方面,随着物联网的发展,物体的位置信息的准确性越发重要。而FMCW雷达定位系统具有定位精度高、部署难度低及低成本的优点。因此,研究出一种具有目标识别功能且能进行高精度测距定位的FMCW雷达系统有着重大的意义。本文的研究重点为FMCW雷达对单目标的高精度测距算法、对多目标的测距及身份信息识别方法、对单目标的高精度定位算法以及对单目标高精度测距算法的硬件实测分析。对于FMCW雷达对多目标的身份信息识别和对单目标或多目标的高精度测距,本文主要的工作和创新在于:设计出集测距与身份信息识别两种功能于一体的FMCW雷达系统,并提出两种实现方式:相关识别FFT测距(Correlation Identification and FFT Ranging,CIFR)和相关码识别与测距(Correlation Identification and Ranging,CIR)。对于高精度测距算法,我们首先将三次样条插值算法(Cubic Spline Interpolation,CSI)应用在对差频信号频谱的处理中,提高了单目标测距精度。然后优化了传统Dither方法(Dither Method,DM),提出了一种改进Dither方法(Improved Dither Method,IDM)。在抖动次数达到1000时,这两种方法理论上能将单目标或多目标的测距精度提高到mm级别。接着,提出了利用DFT相位信息提高测距精度的方法。对于单目标测距,该方法通过DFT频谱峰值相位纠正频差值,使测距值的精度理论上可达到mm级别。对于多目标测距,提出了两种获取主成分信号相位的方法,有效改善了多目标测距精度。搭建了FMCW雷达硬件平台,在该平台上测试了各高精度测距算法的精度。对单目标高精度测距算法的实测结果为:DM、IDM及利用相位信息算法能将测距精度提高到mm级别,且利用相位信息的测距精度优于IDM,IDM优于DM。对于多目标的高精度测距算法,结论与单目标测距类似。对于FMCW雷达对单目标的高精度定位,本文的主要工作和创新在于:分别介绍了在测距精确和测距有误差情况下,三维空间中的单目标的定位原理。在测距有误差情况下,定位是在一个模糊区域内估计准确位置,我们采用了最大似然算法和质心定位算法的方法对待测目标进行了位置估计。由于雷达测距的精度和可靠性与测距的距离有关(信号衰落引起的),我们提出了一种基于距离权重的改进质心定位算法,有效改善了定位的精度。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN958.94
【部分图文】：

CSI算法对DFT五条测距值谱线的插值结果

FMCW雷达结构原理图

FMCW雷达板实物图

【参考文献】

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本文编号：2821585