FMCW雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理算法研究.pdf

1、調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)系統(tǒng)因具備功耗低、近距探測(cè)盲區(qū)小、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于工業(yè)控制、精密制導(dǎo)、防撞系統(tǒng)、氣象探測(cè)、安全檢測(cè)等領(lǐng)域。在前端系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高雷達(dá)系統(tǒng)的性能，還需要對(duì)后端信號(hào)處理進(jìn)行深入的研究。本文基于汽車防撞系統(tǒng)應(yīng)用，對(duì)回波降噪、功率譜估計(jì)和多目標(biāo)檢測(cè)這三個(gè)核心問題展開研究。
　　本文第一部分介紹了FMCW雷達(dá)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及目標(biāo)參數(shù)測(cè)量原理，以此作為后續(xù)信號(hào)處理的硬件基礎(chǔ)和算法基

2、礎(chǔ)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，介紹了系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)并分析各模塊的工作原理。對(duì)于目標(biāo)參數(shù)的測(cè)量，本文分析推導(dǎo)了三角調(diào)制線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)于目標(biāo)距離、速度和角度參數(shù)的測(cè)量原理與運(yùn)算公式。從目標(biāo)參數(shù)測(cè)量原理分析，其最為關(guān)鍵的是檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)頻點(diǎn)及多目標(biāo)檢測(cè)。因此，本文第二部分分析了目標(biāo)頻點(diǎn)檢測(cè)過程中，回波降噪、功率譜估計(jì)和多目標(biāo)檢測(cè)問題。
　　在回波降噪部分，本文利用噪聲自相關(guān)函數(shù)的特點(diǎn)，從觀察信號(hào)當(dāng)中抑制噪聲功率，保留有用信號(hào)的能量。本文對(duì)這種方法進(jìn)行

3、了理論分析，設(shè)計(jì)出基于自相關(guān)函數(shù)的降噪算法。同時(shí)，本文利用 FFT的方式實(shí)現(xiàn)自相關(guān)函數(shù)的快速計(jì)算。從仿真結(jié)果來看，這種方法能夠有效地降低噪聲水平。
　　在功率譜估計(jì)部分，本文介紹了經(jīng)典功率譜估計(jì)和以AR模型為代表的現(xiàn)代功率譜估計(jì)。在這理論基礎(chǔ)上，我們基于回波降噪部分信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出低噪聲相參累積的功率譜估計(jì)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠在FMCW系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相參累積，提高信號(hào)的信噪比。從仿真結(jié)果來看，這種結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到10log

4、(M)dB的信噪比改善。
　　在檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)頻點(diǎn)后，還需要解決多目標(biāo)檢測(cè)過程當(dāng)中存在虛假目標(biāo)檢測(cè)的問題。首先，本文具體分析了傳統(tǒng)混合體制（FMCW+CW）雷達(dá)多目標(biāo)檢測(cè)算法，并指出其在一些特殊情況下會(huì)存在虛假目標(biāo)檢測(cè)問題。然后，本文在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，利用相鄰周期檢測(cè)結(jié)果與目標(biāo)頻點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，去除虛假目標(biāo)，從而提高目標(biāo)檢測(cè)正確率。此外，本文還提出了相鄰周期速度匹配的方法，直接利用相鄰周期目標(biāo)頻點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)。其只需通過FM