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毫米波LFMCW雷达目标检测技术研究

毫米波LFMCW雷达目标检测技术研究

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作者：孟诗雨南京航空航天大学

学位级别：硕士

在逐步进入万物互联的时代背景下,毫米波LFMCW（Linear Frequency Modulation Continuous Wave）雷达在智能制造、无人驾驶、交通监测、气象研究等领域有着广泛的运用。其中目标检测能力是衡量毫米波雷达性能的重要技术指标,然而现有方... 详细信息

在逐步进入万物互联的时代背景下,毫米波LFMCW（Linear Frequency Modulation Continuous Wave）雷达在智能制造、无人驾驶、交通监测、气象研究等领域有着广泛的运用。其中目标检测能力是衡量毫米波雷达性能的重要技术指标,然而现有方法尽管能够较好实现各项参数的探测,但是受限于信号采样长度短、频率估计精度差、信号种类选取局限等因素,目标检测精度和准度方面仍有很大提升空间。针对这些问题,本文紧紧围绕毫米波LFMCW雷达目标检测性能,分别对信号体制选取、目标信息检测、参数解耦合等关键环节进行了深入研究,主要内容如下:1、介绍了毫米波LFMCW雷达组成结构和工作原理,对常见的锯齿波LFMCW信号和三角波LFMCW信号进行了分析。根据毫米波LFMCW雷达目标检测场景,建立了基于无记忆非线性变换的韦伯地杂波模型,阐述了在干扰信号较强或者多目标情况下所需的目标检测算法和平均单元恒虚警检测算法原理。2、讨论了目标的检测精度,分析了不同信号参数对应的距离、速度分辨率以及检测极值。为了减少因FFT栏栅现象引起的频率估计误差,分析了频谱细化算法、相位差算法以及频谱插值算法对中心频率估计的精度影响,对比了频谱插值（Rife）算法和修正频谱插值（M-Rife）算法在目标距离、速度检测上的精度,提出了利用奎因（Quinn）插值算法来改进插值方向的多种插值综合算法来提升测距测速精度,并仿真验证了该方法的可行性。3、针对锯齿波LFMCW信号距离-速度耦合问题,介绍了二维FFT算法和基于间隔扫频周期解耦合算法;对于三角波LFMCW信号在多目标情况下产生虚假目标的问题,研究了在原信号基础上增加一个不同周期的三角波信号,将两个不同周期三角波LFMCW信号检测出的目标进行匹配筛选出真实目标的算法;在变周期信号解耦合思想基础上,简化检验周期,提出了只利用一段锯齿波检验段实现真实目标匹配的方法,解决多目标耦合的同时大幅减少运算量。4、在目标方位角估计方面,研究了三维FFT算法在锯齿波LFMCW信号目标检测中的运用,并分析了该算法的检测精度和极值;针对等间隔接收天线无法解相位耦合的问题,提出非等间隔基线波达方向估计算法,利用天线之间互质间隔比来解相位耦合,并分析了不同比值选取对解耦合性能的影响。5、分室内和室外两个场地,对静止目标和运动目标进行检测,通过实测数据处理分析得出目标真实距离信息、速度信息和角度信息,验证本文算法的可行性。

关键词：线性连续调频波频率估计距离-速度检测精度目标解耦合角度估计

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