Ku波段安防雷达设计与实现

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随着科技的不断发展,民用安防雷达逐渐走进大众的视野。一方面广阔的边防、油田、码头以及机密单位需要一种不疲倦、不疏漏的小型“哨兵”替代人员值守,另一方面复杂的城市背景下仍需要安防雷达对低慢小目标的检测。脉冲体制的二相码频扫雷达凭借着简单的结构、低廉的成本以及较大的探测威力等优势更适用于安防探测。本文设计并实现了一款适用于多种环境下的低成本二相码频扫雷达,从研究背景出发,分别介绍了雷达方案设计、信号处理算法的原理与仿真以及信号处理的实现,并对本雷达的硬件及实际探测性能进行了测试与分析。首先,根据安防雷达的研究需求和特点,分析了雷达方案设计包括发射波形的选取、雷达性能的分析、模数转换器的设计以及雷达单元的介绍。本雷达采用二相码作为发射波形,采用频扫方式进行方位扫描。其次,对数字下变频、脉冲压缩、动目标检测、恒虚警检测以及聚类等雷达信号处理基本算法进行了原理分析并根据雷达参数在MATLAB上进行了仿真。之后,介绍了信号处理在硬件平台上的实现,本雷达选用Xilinx公司Zynq系列作为信号处理芯片。根据器件选型进行时钟区域划分和整体设计规划,并根据规划在FPGA上实现了射频控制、数字下变频和脉冲压缩等模块。同时,实现了Zynq片内DMA通信和Zynq与上位机之间UDP通信。最后,对雷达的测试进行了详尽的描述与分析。给出了天线、射频模块和模数转换器等硬件的测试结果。讨论了雷达整机在不同环境下的探测结果,并根据无人机的实际飞行信息对探测结果进行了误差分析。本雷达成功探测到城市环境下无人机,并且在空旷环境下对无人机的实际探测距离达到约3km。
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