堆積多波束LFMCW雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、線性調(diào)頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave，LFMCW)雷達(dá)具有發(fā)射峰值功率低、無(wú)距離盲區(qū)的特點(diǎn)，適用于汽車防撞/邊掃雷達(dá)，智能巡航控制系統(tǒng)，海岸、碼頭、船閘等要地監(jiān)控的應(yīng)用中。在這些應(yīng)用中，雷達(dá)架設(shè)的位置通?？拷孛婊蛩妫跈z測(cè)目標(biāo)時(shí)易受到雜波的干擾?？紤]雷達(dá)在低高度探測(cè)中的應(yīng)用，本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種堆積多波束LFMCW雷達(dá)系統(tǒng)，首先分析了該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的指標(biāo)參數(shù)，然后對(duì)

2、雜波模型的參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行了研究和分析，在雜波分析的基礎(chǔ)上對(duì)堆積多波束LFMCW雷達(dá)的目標(biāo)參數(shù)估計(jì)算法進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜探測(cè)背景下雷達(dá)360°范圍內(nèi)的目標(biāo)距離，速度和方位角度參數(shù)估計(jì)，并通過(guò)SI/PI仿真設(shè)計(jì)了可靠的高速數(shù)字信號(hào)處理硬件電路，最后對(duì)上述算法和硬件進(jìn)行了基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。主要內(nèi)容如下:
　　1.提出了一種改進(jìn)型最大似然估計(jì)牛頓拉夫森(Maximum Likelihood EstimationNewton Rap

3、hson，MLE-NR)迭代算法，該算法用于求解Weibull雜波模型參數(shù)估計(jì)時(shí)的微分最大似然方程組，解決了傳統(tǒng)MLE-NR迭代算法由于收斂域小導(dǎo)致初始迭代值選擇困難的問(wèn)題;提出了一種MLE粒子群（Particle Swarm Optimization，PSO）優(yōu)化算法，該算法用于求解K分布雜波模型參數(shù)估計(jì)時(shí)的非線性方程組，通過(guò)設(shè)置阻尼邊界減小種族粒子損失，提高搜索效率，比傳統(tǒng)的求解方法具有更好的方差特性。針對(duì)上述兩種方法，進(jìn)行了大樣本

4、數(shù)據(jù)的Monte-Carlo仿真，并采用IPIX雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了雜波模型辨識(shí)工作，獲得了擬合優(yōu)度的定量計(jì)算結(jié)果。仿真結(jié)果和基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果均證明了算法的有效性。
　　2.提出了一種基于模型突變的目標(biāo)檢測(cè)算法，該算法通過(guò)推導(dǎo)N階AR模型PSD突變時(shí)的廣義似然比(Generalized Likelihood Ratio Test，GLRT)判決函數(shù)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)并計(jì)算目標(biāo)在時(shí)域中出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)，適用于距離維度上L

5、FMCW雷達(dá)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)刻的判決，該算法在樣本序列較短時(shí)(N=100)同樣有效。仿真結(jié)果和基于系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果均證明了算法的有效性。
　　3.在雜波研究的基礎(chǔ)上，對(duì)接收機(jī)工作曲線(Receiver Operating Curve，ROC)進(jìn)行了推導(dǎo)，并對(duì)距離、速度和方位角度的估算方法進(jìn)行了分析。提出了一種頻譜校正方法，通過(guò)構(gòu)造校正比值函數(shù)對(duì)目標(biāo)的距離和速度信息進(jìn)行校正，提高了測(cè)距測(cè)速精度;采用復(fù)雜探測(cè)背景下的LFMCW雷達(dá)二維

6、目標(biāo)檢測(cè)算法，解決了大靜止目標(biāo)背景下的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和復(fù)雜背景下的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。最后，給出了多波束比幅測(cè)角時(shí)目標(biāo)虛假定位的解決方法。基于Mento-Carlo的算法仿真結(jié)果說(shuō)明了上述算法的有效性。
　　4.借助3D電磁仿真軟件對(duì)高速信號(hào)硬件平臺(tái)的電源完整性（Power Integrity，PI）和信號(hào)完整性（Signal Integrity，SI）進(jìn)行了分析。在PI仿真時(shí)，通過(guò)多層PCB的固有諧振仿真和電源供給網(wǎng)路目標(biāo)阻抗控制，解決了傳

7、統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)去耦電容和反諧振電容依靠經(jīng)驗(yàn)公式不能定量確定的問(wèn)題。在SI仿真時(shí)，通過(guò)對(duì)信號(hào)傳輸電路的局部建模完成了關(guān)鍵走線的頻域和時(shí)域傳輸特性仿真，解決了電路模型過(guò)大導(dǎo)致的仿真時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或不能仿真的問(wèn)題。并在此研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了堆積多波束LFMCW雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理硬件平臺(tái)。
　　5.針對(duì)上述提出的算法和硬件設(shè)計(jì)，進(jìn)行了雷達(dá)在360°掃描狀態(tài)下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和分析工作。首先針對(duì)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，驗(yàn)證了算法和系統(tǒng)在復(fù)雜探測(cè)背景下的動(dòng)目標(biāo)