近程毫米波LFMCW雷達多目標信號分析與處理方法研究.pdf

1、毫米波LFMCW雷達體積小，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，抗干擾性能強并具有較好的全天候工作能力，從而使之在精確制導、戰(zhàn)場監(jiān)視、汽車防撞、工業(yè)控制、環(huán)境遙感等領(lǐng)域中有著廣泛的應用前景。 本論文以近程制導應用為背景，依托實際工程項目，采用理論分析、仿真實驗、工程驗證相結(jié)合的方法，對近程毫米波LFMCW雷達目標信號模型、多目標運動參數(shù)估計、寄生調(diào)幅干擾抑制及相位噪聲對多目標探測性能影響等進行了分析研究，

2、在利用自行研制的一套Ka波段LFMCW雷達樣機測量幾種典型地物雜波特性的基礎上，模擬了地雜波環(huán)境下的多目標回波信號，為工程項目的研究提供了理論基礎與參考。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： （1）推導了毫米波LFMCW雷達目標回波信號在時域和頻域上的表達式；通過信號復包絡導出了具有大時帶寬積的對稱三角LFMCW信號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；詳細討論了系統(tǒng)噪聲、掃頻非線性、時域加窗等損失因子對

3、毫米波LFMCW雷達距離分辨率的影響。 （2）研究了多目標距離速度去耦合的方法。首先，針對現(xiàn)有方法對多目標檢測時存在的缺點，提出了一種改進的發(fā)射變周期LFMCW信號法，實現(xiàn)了多目標距離速度去耦合。該方法利用對稱三角波上下掃頻得到的頻譜對稱性實現(xiàn)固定雜波的抑制，達到簡化目標環(huán)境、提高目標檢測性能的目的，同時利用區(qū)域滑動窗檢測法實現(xiàn)目標回波信號頻譜峰值檢測，提高目標參數(shù)的估計精度。其次，提出了利用分數(shù)階Fourier變換結(jié)合Rado

4、n-Ambiguity變換實現(xiàn)毫米波LFMCW雷達多目標距離速度去耦合的算法。在利用Radon-Ambiguity變換估計出調(diào)頻率的基礎上，結(jié)合分數(shù)階Fourier變換準確地估算出信號的中心頻率實現(xiàn)距離速度去耦合，進而得到正確的目標一維距離譜。第三，提出了利用分數(shù)階自相關(guān)和分數(shù)階Fourier變換實現(xiàn)多目標距離速度去耦合的方法，該方法在估計調(diào)頻率時采用迭代方法進行一維掃描搜索，與Radon-Ambiguity變換方法相比具有更快的運算速

5、度。仿真結(jié)果驗證了這些方法的有效性。 （3）研究了加速運動多目標的檢測。分析了目標具有加速度運動時毫米波LFMCW雷達的差拍信號，得出了差拍信號參數(shù)與目標運動參數(shù)之間的變化關(guān)系；推導了毫米波LFMCW雷達信號的加速度模糊函數(shù)及加速度固有分辨力關(guān)系式，研究了目標加速度對多普勒頻率估計精度的影響；針對Wigner-Ville分布與Radon變換方法對多個目標參數(shù)估計時存在交叉項的弱點，提出利用改進型Wigner-Ville分布與Ra

6、don變換相結(jié)合的方法，消除交叉項引起的虛假目標從而提高了目標參數(shù)的估計精度，得到的仿真結(jié)果驗證了該結(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雷達中的寄生調(diào)幅干擾，推導了采用變?nèi)莨苷{(diào)諧方式的VCO輸出信號，對系統(tǒng)產(chǎn)生寄生調(diào)幅干擾的原因進行了分析；設計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毫米波LFMCW雷達目標的差拍信號模型，詳細分析了相位噪聲對多目標探測性能的影響。

7、 （5）研究了毫米波雷達地雜波測量和雜波環(huán)境下多目標回波信號的模擬。研制了Ka波段LFMCW雷達雜波特性測量樣機，利用角反射體對系統(tǒng)進行了定標，研究了地雜波特性的測量方法和測量步驟。對幾種典型地物的散射系數(shù)進行了測量，根據(jù)實驗場地條件確定了數(shù)據(jù)的有效獨立采樣數(shù)和所需測量次數(shù)，建立了數(shù)據(jù)處理的軟件平臺并采用軟件門技術(shù)對回波數(shù)據(jù)進行處理，有效抑制了干擾信號的影響。對影響散射系數(shù)測量精度的因素進行了詳細分析，總結(jié)了各個誤差因素的誤差估計值