随着人工智能等技术的发展,高级辅助驾驶系统/自动驾驶系统近年来在全球范围内成为研究热点。雷达作为一种全天候感知手段,在高级辅助驾驶系统/自动驾驶系统中发挥着重要作用,基于雷达系统的路面目标识别具有重要的科学意义和工程价值。雷达目标识别旨在通过分析雷达回波信号实现对目标的探测、定位以及识别,研究涉及波束形成、目标识别、衰减/散射效应分析等多种关键技术。一方面,这些技术虽经过多年发展,但整体还处于一个相对开放的研究环境之中,还有许多地方有待继续深入研究;另一方面,随着毫米波雷达相关制造技术的不断发展进步,毫米波雷达的普及应用逐渐成为现实,但是有关毫米波频段上电磁波的衰减/散射效应还没有得到充分研究,这成为了毫米波系统室外复杂条件下应用的阻碍。针对这些问题,本文在恒定束宽固定系数宽带波束形成器设计、路面目标微多普勒特征分析与建模、基于微多普勒特征的路面目标识别和毫米波衰减效应研究方面进行了深入研究,取得的主要创新性成果有可以总结为三点。(1)设计了一种具有频率响应不变性的宽带波束形成器。对恒定束宽固定系数宽带波束形成器进行了深入研究,通过将响应变化(RV)因子整合进目标方程,实现了具有频率响应不变性的固定宽带波束形成器。为了降低计算成本,在优化目标方程的过程中采用了两种数值解法,即最小二乘法和本征滤波法,其中本征滤波法的求解是通过将目标方程转化为一个广义特征值问题进行运算的。在此基础之上,还对信号空间存在干扰情况下的恒定束宽固定系数宽带波束形成器设计进行了深入讨论,分别采用线性约束和能量扩展两种方法对干扰源的零陷进行设计。实验结果表明:本节提出的恒定束宽固定系数宽带波束形成器设计方法在不同仿真条件下的可行性和有效性。这些研究成果对雷达、声呐等具有阵列信号处理需求的工作系统具有重要意义。(2)分析了不同频段上的行人微多普勒特征并提出了一种骑行人微多普勒特征仿真模型。对工作频率为292GHz的毫米波雷达对路面目标的探测能力进行了系统研究。首先对该频率上行人目标的RCS进行了测量,分析了不同方位角度上的行人RCS。再对行人的微多普勒特征进行了研究,分别在24GHz和292GHz上进行了仿真和实验测量,论证工作频率为毫米波波段的雷达对目标探测的优越性。在此基础之上,提出了一种可用来对骑行人微多普勒特征进行仿真的模型,并分别通过工作频率为24GHz和292GHz的雷达系统在室外和室内条件下进行实验测量,对本文所提出模型的正确性进行论证。实验结果表明:工作频率为292GHz的雷达对目标探测具有一定的优越性,捕获到的目标微多普勒特征也具有较好的连续性;本文提出的模型可用来对骑行人的微多普勒特征进行较为准确的仿真,具有较好的应用价值。(3)提出了一种基于稀疏编码的特征提取方法并针对当目标运动方向垂直于雷达视线方向时识别准确率降低等问题提出两种改进的微多普勒特征。对基于微多普勒特征的路面目标识别进行深入研究:提出一种基于稀疏编码的特征提取方法,分别对不同方位角度、信号长度等因素对识别准确率的影响进行分析研究,并采用外场实验对所提出的方法进行进一步测试;为了解决当目标运动方向垂直于雷达LOS时识别准确率降低的问题,提出一种结合微多普勒特征和雷达距离向分辨率的距离微多普勒特征,对弱RCS部位所产生的多普勒分量进行提取,以增加有效识别信息,提高识别准确率;除此之外,还提出一种切向微多普勒特征,用来捕捉目标相对雷达系统的切向运动信息,解决垂直场景下的传统微多普勒特征衰减问题。实验和相关仿真结果表明:相较于文中的对比方法,本文所提出的基于稀疏编码的特征提取方法在不同方位角度、不同信号长度条件下都可实现更高的识别率;而相较于传统的微多普勒特征,本文提出距离微多普勒特征可在目标运动方向垂直于雷达LOS时实现更高的识别率;同样在此垂直场景内,目标的切向微多普勒特征可很好的反应目标相对雷达系统的切向运动信息,可作为此场景下的有效识别信息。此外,为了分析毫米波雷达在室外不可控天气条件下的探测性能,本文对天线罩附着介质对于毫米波所产生的衰减效应进行了测量研究。测量逐渐累积的天线罩附着介质对毫米波所产生的衰减,对基于Fresnel反射折射方程和传输线理论的衰减模型进行验证。研究的介质主要包括多种液态水基介质(如纯水、雨水、海水等)、冰、沙尘等。研究中采用一个多层介质模型对此问题进行模拟,再通过Fresnel反射折射方程结合传输线理论对衰减模型进行推导,最后通过实际的实验测量对所采用的衰减模型进行验证。实验结果表明了基于Fresnel衰减模型的正确性,展示了各种室外天气条件下天线罩附着介质对毫米波衰减的有限性。