基于FMCW雷达的多目标测距与定位系统的研究及实现
发布时间：2021-01-03 01:11
无线定位及身份识别技术被广泛应用在定位导航、物流管理等领域中,在人们的日常生活与工业生产中占有重要地位。目前可实现无线定位的测距技术中,调频连续波雷达（FMCW）因其具有精度高,成本低,体积小,易于实现以及隐蔽性强等优势,被广泛应用于测距与定位、雷达成像、无人驾驶、导弹制导等领域。针对FMCW雷达无法识别被测物体身份的问题,本文研究了传统FMCW雷达的工作原理,提出一种使FMCW雷达能够识别多目标身份的改进方法。该方法以线性FMCW雷达为基础,在被测物体上增加有源标签,通过码分多址技术实现对用户的识别,同时利用扩频码在不同频偏下自相关值不同的特性实现距离测量。该方法将身份识别问题转化为对扩频码的捕获问题,将测距问题转化为频偏估计问题。基于此,本文还设计了一种身份识别与测距的快速算法。该算法使用二维搜索同步法,通过将不同频点的信号进行叠加以减少搜索次数,再利用FFT实现快速相关运算完成身份识别,最后经二分法迭代来提高测距精度。该算法缩短了单次测量所需时间。本文在MATLAB系统仿真的基础上设计并实现了一套能够对该方法进行验证的硬件平台,并基于FPGA实现身份识别与测距算法,基于MCU实现...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
标签硬件结构图
模拟调制器无缝连接，输出电流可以通过串行外设接口设置在10mA至30mA范围内，适合应用于本设计中。AD9788为差分输出，为了产生适合驱动同轴线路的单端信号，在DAC的输出口增加了射频变压器TC2-72T+。该变压器的工作频率为10~700MHz，除了可以滤除直流分量外，还可以将DAC的输出端口与后级平滑滤波器的抗性负载隔离开来，易于实现阻抗匹配，从而改善整体的失真性能。平滑滤波器选用了LFCN-80+低通滤波器，截止频率为145MHz。最后使用单位增益缓冲放大器AG303-86来避免DAC芯片驱动能力不足的问题，数模转换器接口电路原理图见图4-5。其中，1.8V电源由NX1117C18Z芯片提供，为线性电源；3.3V电源由LMZ12003EXT芯片提供，为开关电源。TC2-72T+AD9788Out1_POut1_N93921InOutG2G43LFCN-80+InOutG2G43AG303-8610.1uF0Ω50Ω50ΩOut2_POut2_N83841InOutG2G43LFCN-80+InOutG2G43AG303-8610.1uF0Ω50Ω50Ω1.8VAVDD3.3VDVDDGNDP1D[15:0]P2D[15:0]FPGARF_IRF_Q图4-5：数模转换接口电路原理图4.3.1.2标签射频板设计标签的射频收发机将接收信号进行放大、滤波后将其作为输入信号送至混频
电子科技大学硕士学位论文38(a)(b)图4-8：标签实物图(a)标签背面(射频板);(b)标签正面(基带板)4.3.2雷达硬件设计雷达基站的硬件设计也被分成射频与基带两部分。其中射频部分包括FMCW波发射机与射频接收机，基带部分主要为数模与模数转换接口电路、用于数字信号处理的可编程逻辑门阵列及其外围电路，和作为控制单元的单片微型计算机。雷达硬件的总体实现结构如图4-9所示。图中左半部分为基带板的主要结构，右半部分为射频板的主要结构，电源、时钟以及接口等其他辅助器件未在图中画出，将在后文详细阐述。HMC431BFCW542+BPFPDSCN-2-65VGAPATxSPIHMC625bHMC408LNAVGAVGAADCAD9648FPGAXc7k410tMCUSTM32F403LNABFCW542+BPFDACAD5512LCRBPFAD8366RCLPFLCRBPF射频板RF5515RF5515TCM1-63AXADL5380RxIQSPILNABFCW542+BPFRF5515基带板图4-9：雷达硬件结构图4.3.2.1电源与时钟雷达的供电系统与时钟系统相比标签较为复杂，原因是各器件所使用的电源电压不同，射频功率器件多为5V，FPGA与模数转换器（AnalogtoDigitalConverter;ADC）为1.8V，MCU为3.3V，时钟管理芯片为2.5V。该部分的设计方案如图4-10所示。本文选用ADI公司的一款四通道多输出DC/DC降压型稳压器LTM4644产生多个电压，其可以输出4A的电流，适合作为第一级稳压器。LTM4644的输入由12V锂离子电池提供，分别产生了1V、3.3V和5.4V三路电源，第四路空闲。3.3V电源除了
【参考文献】：
期刊论文
[1]星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用[J]. 云烨,吕孝雷,付希凯,薛飞扬. 雷达学报. 2020(01)
[2]地基干涉合成孔径雷达形变监测应用综述[J]. 张志春,袁智,王彦平. 北京测绘. 2020(01)
[3]国内室内定位技术发展现状综述[J]. 闫大禹,宋伟,王旭丹,胡子烨. 导航定位学报. 2019(04)
[4]频率调制连续波激光雷达技术基础与研究进展[J]. 卢炤宇,葛春风,王肇颖,贾东方,杨天新. 光电工程. 2019(07)
[5]基于可见光指纹的室内高精度定位方法[J]. 曹燕平,李晓记,胡云云. 激光与光电子学进展. 2019(16)
[6]基于蓝牙定位技术的导医定位系统[J]. 张健伟,张雯瑾,夏靖波,杜小甫,张晓燕. 中国新通信. 2019(04)
[7]InSAR矿区地表三维形变监测与预计研究进展[J]. 朱建军,杨泽发,李志伟. 测绘学报. 2019(02)
[8]室内定位方法和技术综述[J]. 张胜利,焦诚,付永恒. 数字技术与应用. 2018(10)
[9]室内导航与定位技术发展综述[J]. 刘公绪,史凌峰. 导航定位学报. 2018(02)
[10]室内定位关键技术综述[J]. 邓中亮,尹露,唐诗浩,刘延旭,宋汶轩. 导航定位与授时. 2018(03)
博士论文
[1]FMCW液位测量雷达系统设计及高精度测距原理研究[D]. 齐国清.大连海事大学 2001
硕士论文
[1]InSAR技术在韩城矿区形变监测中的应用研究[D]. 孟欣.西安科技大学 2019
[2]基于InSAR技术的坡体形变监测研究[D]. 杨加利.电子科技大学 2019
[3]基于FPGA的直接序列扩频接收机设计[D]. 陈志强.北华航天工业学院 2018
[4]FMCW雷达射频对消系统的研究与基带设计[D]. 张鹏.电子科技大学 2015
[5]FMCW测距雷达的信号处理技术研究与实现[D]. 侯盼卫.中北大学 2014
[6]基于多源信息融合的移动定位优化技术研究[D]. 张科.北京邮电大学 2013
[7]基于FPGA的全数字扩频收发机的设计与实现[D]. 梅晓.北京交通大学 2007
本文编号：2954012
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
标签硬件结构图
模拟调制器无缝连接，输出电流可以通过串行外设接口设置在10mA至30mA范围内，适合应用于本设计中。AD9788为差分输出，为了产生适合驱动同轴线路的单端信号，在DAC的输出口增加了射频变压器TC2-72T+。该变压器的工作频率为10~700MHz，除了可以滤除直流分量外，还可以将DAC的输出端口与后级平滑滤波器的抗性负载隔离开来，易于实现阻抗匹配，从而改善整体的失真性能。平滑滤波器选用了LFCN-80+低通滤波器，截止频率为145MHz。最后使用单位增益缓冲放大器AG303-86来避免DAC芯片驱动能力不足的问题，数模转换器接口电路原理图见图4-5。其中，1.8V电源由NX1117C18Z芯片提供，为线性电源；3.3V电源由LMZ12003EXT芯片提供，为开关电源。TC2-72T+AD9788Out1_POut1_N93921InOutG2G43LFCN-80+InOutG2G43AG303-8610.1uF0Ω50Ω50ΩOut2_POut2_N83841InOutG2G43LFCN-80+InOutG2G43AG303-8610.1uF0Ω50Ω50Ω1.8VAVDD3.3VDVDDGNDP1D[15:0]P2D[15:0]FPGARF_IRF_Q图4-5：数模转换接口电路原理图4.3.1.2标签射频板设计标签的射频收发机将接收信号进行放大、滤波后将其作为输入信号送至混频
电子科技大学硕士学位论文38(a)(b)图4-8：标签实物图(a)标签背面(射频板);(b)标签正面(基带板)4.3.2雷达硬件设计雷达基站的硬件设计也被分成射频与基带两部分。其中射频部分包括FMCW波发射机与射频接收机，基带部分主要为数模与模数转换接口电路、用于数字信号处理的可编程逻辑门阵列及其外围电路，和作为控制单元的单片微型计算机。雷达硬件的总体实现结构如图4-9所示。图中左半部分为基带板的主要结构，右半部分为射频板的主要结构，电源、时钟以及接口等其他辅助器件未在图中画出，将在后文详细阐述。HMC431BFCW542+BPFPDSCN-2-65VGAPATxSPIHMC625bHMC408LNAVGAVGAADCAD9648FPGAXc7k410tMCUSTM32F403LNABFCW542+BPFDACAD5512LCRBPFAD8366RCLPFLCRBPF射频板RF5515RF5515TCM1-63AXADL5380RxIQSPILNABFCW542+BPFRF5515基带板图4-9：雷达硬件结构图4.3.2.1电源与时钟雷达的供电系统与时钟系统相比标签较为复杂，原因是各器件所使用的电源电压不同，射频功率器件多为5V，FPGA与模数转换器（AnalogtoDigitalConverter;ADC）为1.8V，MCU为3.3V，时钟管理芯片为2.5V。该部分的设计方案如图4-10所示。本文选用ADI公司的一款四通道多输出DC/DC降压型稳压器LTM4644产生多个电压，其可以输出4A的电流，适合作为第一级稳压器。LTM4644的输入由12V锂离子电池提供，分别产生了1V、3.3V和5.4V三路电源，第四路空闲。3.3V电源除了
【参考文献】：
期刊论文
[1]星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用[J]. 云烨,吕孝雷,付希凯,薛飞扬. 雷达学报. 2020(01)
[2]地基干涉合成孔径雷达形变监测应用综述[J]. 张志春,袁智,王彦平. 北京测绘. 2020(01)
[3]国内室内定位技术发展现状综述[J]. 闫大禹,宋伟,王旭丹,胡子烨. 导航定位学报. 2019(04)
[4]频率调制连续波激光雷达技术基础与研究进展[J]. 卢炤宇,葛春风,王肇颖,贾东方,杨天新. 光电工程. 2019(07)
[5]基于可见光指纹的室内高精度定位方法[J]. 曹燕平,李晓记,胡云云. 激光与光电子学进展. 2019(16)
[6]基于蓝牙定位技术的导医定位系统[J]. 张健伟,张雯瑾,夏靖波,杜小甫,张晓燕. 中国新通信. 2019(04)
[7]InSAR矿区地表三维形变监测与预计研究进展[J]. 朱建军,杨泽发,李志伟. 测绘学报. 2019(02)
[8]室内定位方法和技术综述[J]. 张胜利,焦诚,付永恒. 数字技术与应用. 2018(10)
[9]室内导航与定位技术发展综述[J]. 刘公绪,史凌峰. 导航定位学报. 2018(02)
[10]室内定位关键技术综述[J]. 邓中亮,尹露,唐诗浩,刘延旭,宋汶轩. 导航定位与授时. 2018(03)
博士论文
[1]FMCW液位测量雷达系统设计及高精度测距原理研究[D]. 齐国清.大连海事大学 2001
硕士论文
[1]InSAR技术在韩城矿区形变监测中的应用研究[D]. 孟欣.西安科技大学 2019
[2]基于InSAR技术的坡体形变监测研究[D]. 杨加利.电子科技大学 2019
[3]基于FPGA的直接序列扩频接收机设计[D]. 陈志强.北华航天工业学院 2018
[4]FMCW雷达射频对消系统的研究与基带设计[D]. 张鹏.电子科技大学 2015
[5]FMCW测距雷达的信号处理技术研究与实现[D]. 侯盼卫.中北大学 2014
[6]基于多源信息融合的移动定位优化技术研究[D]. 张科.北京邮电大学 2013
[7]基于FPGA的全数字扩频收发机的设计与实现[D]. 梅晓.北京交通大学 2007
本文编号：2954012
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