FMCW测距雷达的信号处理技术研究与实现

【摘要】随着雷达技术的迅速发展，采用调频连续波（FrequencyModulatedContinuousWave，FMCW）雷达体制的测距测速系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中，并且各个领域对测量的精度要求也越来越高。由于雷达信号在传播过程会受到热噪声、地杂波等噪声的影响，会造成一定的测量误差，本文在对FMCW雷达差频信号特点和造成FMCW雷达测量误差原因分析的基础上，提出了一种综合的信号处理算法。该算法首先通过自适应的降噪方法对差频信号进行预处理，然后运用基于快速傅里叶变换（FastFourierTransformation，FFT）的频率估计算法精确地估计出差频信号的频率，最后根据距离公式实现对目标信息的提取。论文首先介绍了FMCW雷达系统典型的结构框图和三角波调制方式下的FMCW雷达测距测速的基本原理，并分析了造成FMCW雷达测量误差的原因；其次根据差频信号的特点，提出了自相关检测法和基于经验模态分解（EmpiricalModeDecomposition，EMD）的降噪算法，这两种方法都可以自适应地提取出淹没在噪声中的微弱差频信号，来提高信噪比；然后针对采用快速傅里叶变换对差频信号进行频谱分析时存在栏栅现象和能量泄露的问题，介绍了比值法和能量重心法这两类常用的频谱校正理论，并在比值法的基础上提出了基于FFT系数的频率估计算法，避免了求信号幅度谱的复数求模运算，在能量重心法的基础上提出了结合调整频偏或截断长度的能量重心法，进一步提高了差频信号的频率估计精度。最后借助于FMCW雷达收发器IVS-163和MP424数据采集卡，开发了基于LabVIEW的FMCW雷达测距系统，可对差频信号进行实时的采集和处理，能够较高精度地提取目标距离信息；通过整体测试与试验，验证了综合的信号处理算法的可靠性和有效性。
【作者】侯盼卫；
【导师】杨录；
【作者基本信息】中北大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】调频连续波雷达；经验模态分解；自相关；快速傅里叶变换；频率估计；

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