测角测距连续波雷达的目标检测方法及其平台设计

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调频连续波雷达具备成本低、时带积大、信号能量高、抗背景杂波能力强、便于携带等优势,在特种测量、检测与安防中发挥了巨大的作用。在连续波雷达的诸多技术中,提高测量精度和检测概率是极为重要的一个环节,因此对这两个方面的深入研发具有重要的实际意义。论文的主要工作包括:1.介绍了锯齿波FMCW雷达的具体流程图和工作原理,推导了测距、测速和测角原理,论述了锯齿波FMCW雷达的距离速度耦合与解耦合问题;分析了距离分辨率与速度分辨率。2.设计了基于FPGA+DSP框架的锯齿波FMCW雷达中频硬件平台,充分发挥FPGA的并行逻辑能力和DSP的计算能力。方案主要包括:中频信号的预处理模块、数据采样模块、FPGA信号处理模块、DSP模块外围电路、UPP通信协议和电源模块,阐述了整体电路的电磁兼容性和布局设计中需要注意的问题。3.对连续波雷达的目标检测算法进行了推导、仿真和验证。主要包括:FIR滤波器滤除高频背景杂波;针对FFT算法的栅栏效应采用FFT+Chirp-Z算法以提高测量精度;针对CA-CFAR检测算法出现遮蔽效应以及审核式恒虚警算法容易出现虚警的问题,提出相应的改进算法来改善这两个问题;针对传统的MUSIC算法无法测量相干信号角度的问题,使用改进的MUSIC测角算法改善了这一问题;提出将满足一定要求的数据处理结果反馈于信号处理中的测距、测速与测角算法的思路,提高信号处理算法的效率。4.对整个系统的硬件和软件分别进行测试,分析测试结果;然后对整个雷达系统进行外场实验,并分析测试结果以及产生误差的原因,为进一步优化提供了可靠的实践基础。实验结果表明本系统工作稳定,可以较为准确地测量出目标的位置,测试得到的主要指标达到了项目设计要求,实现了信号处理的实时性。
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