近程毫米波LFMCW雷達(dá)多目標(biāo)信號(hào)分析與處理方法研究.pdf

1、毫米波LFMCW雷達(dá)體積小，重量輕，易于高度集成化，工作頻帶寬，分辨率高，敵方難以截獲，抗干擾性能強(qiáng)并具有較好的全天候工作能力，從而使之在精確制導(dǎo)、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、汽車防撞、工業(yè)控制、環(huán)境遙感等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。 本論文以近程制導(dǎo)應(yīng)用為背景，依托實(shí)際工程項(xiàng)目，采用理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)、工程驗(yàn)證相結(jié)合的方法，對(duì)近程毫米波LFMCW雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)模型、多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)、寄生調(diào)幅干擾抑制及相位噪聲對(duì)多目標(biāo)探測(cè)性能影響等進(jìn)行了分析研究，

2、在利用自行研制的一套Ka波段LFMCW雷達(dá)樣機(jī)測(cè)量幾種典型地物雜波特性的基礎(chǔ)上，模擬了地雜波環(huán)境下的多目標(biāo)回波信號(hào)，為工程項(xiàng)目的研究提供了理論基礎(chǔ)與參考。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （1）推導(dǎo)了毫米波LFMCW雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)在時(shí)域和頻域上的表達(dá)式；通過信號(hào)復(fù)包絡(luò)導(dǎo)出了具有大時(shí)帶寬積的對(duì)稱三角LFMCW信號(hào)的單周期和多周期模糊函數(shù)，分析和比較了這兩種模糊函數(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)；詳細(xì)討論了系統(tǒng)噪聲、掃頻非線性、時(shí)域加窗等損失因子對(duì)

3、毫米波LFMCW雷達(dá)距離分辨率的影響。 （2）研究了多目標(biāo)距離速度去耦合的方法。首先，針對(duì)現(xiàn)有方法對(duì)多目標(biāo)檢測(cè)時(shí)存在的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的發(fā)射變周期LFMCW信號(hào)法，實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)距離速度去耦合。該方法利用對(duì)稱三角波上下掃頻得到的頻譜對(duì)稱性實(shí)現(xiàn)固定雜波的抑制，達(dá)到簡(jiǎn)化目標(biāo)環(huán)境、提高目標(biāo)檢測(cè)性能的目的，同時(shí)利用區(qū)域滑動(dòng)窗檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波信號(hào)頻譜峰值檢測(cè)，提高目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)精度。其次，提出了利用分?jǐn)?shù)階Fourier變換結(jié)合Rado

4、n-Ambiguity變換實(shí)現(xiàn)毫米波LFMCW雷達(dá)多目標(biāo)距離速度去耦合的算法。在利用Radon-Ambiguity變換估計(jì)出調(diào)頻率的基礎(chǔ)上，結(jié)合分?jǐn)?shù)階Fourier變換準(zhǔn)確地估算出信號(hào)的中心頻率實(shí)現(xiàn)距離速度去耦合，進(jìn)而得到正確的目標(biāo)一維距離譜。第三，提出了利用分?jǐn)?shù)階自相關(guān)和分?jǐn)?shù)階Fourier變換實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)距離速度去耦合的方法，該方法在估計(jì)調(diào)頻率時(shí)采用迭代方法進(jìn)行一維掃描搜索，與Radon-Ambiguity變換方法相比具有更快的運(yùn)算速

5、度。仿真結(jié)果驗(yàn)證了這些方法的有效性。 （3）研究了加速運(yùn)動(dòng)多目標(biāo)的檢測(cè)。分析了目標(biāo)具有加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)毫米波LFMCW雷達(dá)的差拍信號(hào)，得出了差拍信號(hào)參數(shù)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的變化關(guān)系；推導(dǎo)了毫米波LFMCW雷達(dá)信號(hào)的加速度模糊函數(shù)及加速度固有分辨力關(guān)系式，研究了目標(biāo)加速度對(duì)多普勒頻率估計(jì)精度的影響；針對(duì)Wigner-Ville分布與Radon變換方法對(duì)多個(gè)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)時(shí)存在交叉項(xiàng)的弱點(diǎn)，提出利用改進(jìn)型Wigner-Ville分布與Ra

6、don變換相結(jié)合的方法，消除交叉項(xiàng)引起的虛假目標(biāo)從而提高了目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)精度，得到的仿真結(jié)果驗(yàn)證了該結(jié)論。 （4）研究了寄生調(diào)幅和相位噪聲的影響。討論了毫米波LFMCW雷達(dá)中的寄生調(diào)幅干擾，推導(dǎo)了采用變?nèi)莨苷{(diào)諧方式的VCO輸出信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生寄生調(diào)幅干擾的原因進(jìn)行了分析；設(shè)計(jì)了一種中頻放大器以抑制寄生調(diào)幅干擾并分析抑制效果。建立了考慮相位噪聲時(shí)毫米波LFMCW雷達(dá)目標(biāo)的差拍信號(hào)模型，詳細(xì)分析了相位噪聲對(duì)多目標(biāo)探測(cè)性能的影響。

7、 （5）研究了毫米波雷達(dá)地雜波測(cè)量和雜波環(huán)境下多目標(biāo)回波信號(hào)的模擬。研制了Ka波段LFMCW雷達(dá)雜波特性測(cè)量樣機(jī)，利用角反射體對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了定標(biāo)，研究了地雜波特性的測(cè)量方法和測(cè)量步驟。對(duì)幾種典型地物的散射系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地條件確定了數(shù)據(jù)的有效獨(dú)立采樣數(shù)和所需測(cè)量次數(shù)，建立了數(shù)據(jù)處理的軟件平臺(tái)并采用軟件門技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，有效抑制了干擾信號(hào)的影響。對(duì)影響散射系數(shù)測(cè)量精度的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，總結(jié)了各個(gè)誤差因素的誤差估計(jì)值