毫米波雷達(dá)多目標(biāo)檢測與參數(shù)估計算法研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車作為交通運輸?shù)闹饕侄?，已成為?dāng)今社會生活中不可缺少的工具。在汽車給人類帶來巨大便利的同時，隨之而來的安全問題也不容忽視，車載防撞雷達(dá)作為一種主動式安全防御措施逐漸成為大家關(guān)注的焦點，而毫米波雷達(dá)憑借體積小、重量輕、成本低、全天候、高分辨率等獨特優(yōu)點受到許多國家和研究機(jī)構(gòu)的青睞。本文以車載防撞雷達(dá)為研究背景，針對毫米波雷達(dá)多目標(biāo)檢測和參數(shù)估計算法中的一些關(guān)鍵技術(shù)展開研究，并設(shè)計了一種低復(fù)雜度的

2、毫米波車載雷達(dá)信號處理模塊，應(yīng)用于24GHz汽車前防撞雷達(dá)系統(tǒng)。
　　首先，闡述了毫米波雷達(dá)的研究背景及意義，介紹國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要包括產(chǎn)品級研究進(jìn)展和毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展，對不同體制連續(xù)波雷達(dá)測距測速原理進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)，為后續(xù)研究和仿真提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，研究了毫米波線性調(diào)頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave，LFMCW)雷達(dá)中的多目標(biāo)配對和速度解模

3、糊算法。首先，針對現(xiàn)有變周期三角波LFMCW雷達(dá)利用容差函數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)配對方法在目標(biāo)數(shù)較多時算法復(fù)雜度較高的缺點，提出一種利用先驗信息壓縮頻率配對空間的多步配對算法，降低配對復(fù)雜度。然后，針對現(xiàn)有鋸齒波LFMCW雷達(dá)多重脈沖重復(fù)頻率(Pulse Recurrence Frequency，PRF)解速度模糊算法復(fù)雜度高、魯棒性差等缺點，提出一種改進(jìn)算法，該算法根據(jù)模糊速度計算可能的速度值，得到對應(yīng)的慢時間維離散傅里葉變換(Discrete

4、 Fourier Transform，DFT)因子及其頻譜幅度值，最大頻譜幅度值對應(yīng)的速度值即為不模糊速度，極大降低了解模糊算法復(fù)雜度。
　　然后，研究了恒虛警概率(Constant False Alarm Rate，CFAR)檢測算法。在分析恒虛警概率檢測目標(biāo)遮蔽和自遮蔽效應(yīng)形成原因的基礎(chǔ)上，提出了一種能夠自適應(yīng)改變噪聲電平估計樣本的改進(jìn)CFAR算法，該算法在CFAR檢測過程中加入一個反饋操作，當(dāng)某一頻譜單元存在目標(biāo)時，用估計得

5、到的噪聲功率電平代替該頻譜單元值，減小對后續(xù)頻譜單元噪聲功率電平估計的影響，從而減小目標(biāo)遮蔽與自遮蔽效應(yīng)。針對二維CFAR算法，根據(jù)雷達(dá)速度計算不同距離單元的靜止雜波所處的速度單元，將二維平面劃分為噪聲區(qū)與雜波區(qū)，對不同區(qū)域采用不同的CFAR準(zhǔn)則進(jìn)行檢測，在保證虛警概率的前提下提高目標(biāo)檢測概率。
　　最后，針對變周期三角波車載防撞雷達(dá)幀結(jié)構(gòu)層次不清，實用性差的問題，提出一種多層次、低復(fù)雜度的幀結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，以采樣間隔為最小時間

6、單位更有利于系統(tǒng)同步，采用固定長度的子時隙和時隙時間使幀結(jié)構(gòu)更加簡單，降低硬件實現(xiàn)成本。利用現(xiàn)有系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬陣列的設(shè)計，通過調(diào)整發(fā)射天線間距并采用時間分集方式形成具有更大孔徑的虛擬接收陣列，獲得更高的波束成形增益。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計一種低復(fù)雜度的信號處理模塊，該模塊由信號預(yù)處理、波束成形、CFAR檢測和多目標(biāo)配對等子模塊組成，并在ADSP-BF707平臺上進(jìn)行實現(xiàn)，應(yīng)用于24GHz汽車前防撞雷達(dá)系統(tǒng)。實測結(jié)果顯示，該模塊算法能夠?qū)?/p>