LFMCW雷达回波信号模拟与FPGA验证技术研究

作     者：仲倩 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王旭东

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 

主      题：LFMCW雷达 回波信号模拟 FPGA 多重信号分类算法 

摘      要：本文主要对线性调频连续波雷达回波信号模拟进行了详细的理论分析与软件仿真,并进行了FPGA系统设计与验证,通过Quartus II软件与FPGA芯片的紧密配合,完成了单通道与多通道下单目标及多目标LFMCW雷达目标回波的模拟,并对硬件系统进行了验证。在多通道系统的验证中,本文针对目标角度相近时传统多重信号分类算法分辨率低的问题,提出一种改进的多重信号分类算法,并以L型阵列为例进行深入的理论分析与仿真验证,证明该算法能有效提高波达角估计的分辨率。论文的主要工作如下:(1)对LFMCW雷达发射信号进行分析,介绍了LFMCW雷达的测距、测速与测向原理。对雷达目标模型进行分析,分析了几种常用的目标幅度起伏模型。针对雷达回波中的背景信号,介绍了地杂波与噪声的几种常用幅度概率分布模型。(2)确定LFMCW雷达回波信号模拟系统的总体框架结构,并对各个模块进行公式推导与Matlab仿真。对Swerling型分布的目标起伏模型及韦布尔分布的地杂波进行分析与建模,并通过Matlab进行仿真验证。(3)对单通道与多通道下单目标及多目标的LFMCW雷达回波模拟系统进行硬件设计。通过Quartus II软件对硬件模块进行设计,并给出各个模块的设计框图与原理分析,采用FPGA完成硬件系统实现。(4)对硬件实现的LFMCW雷达回波模拟系统进行模块验证、系统统调、单通道测速测距验证及多通道测向验证,通过在板级调试中采用Signal Tap抓取各模块输出信号,并联合Matlab进行分析,验证硬件系统的正确性。(5)针对目标方位相近时传统多重信号分类算法分辨率低的问题,提出了一种改进的多重信号分类算法,改善了系统在多目标信号到达角比较接近时的测量性能,仿真结果验证了其有效性。