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近程小扇区LFMCW雷达信号处理研究

2020-11-23阅读(955)

近程小扇区LFMCW雷达信号处理研究

论文摘要

在雷达观测基线受限且波束不扫描的条件下，近程小扇区内多个独立运动目标的分辨、定位、跟踪和参数估计等，是雷达探测技术领域中亟待解决的理论问题，更是穿墙监测雷达、汽车防撞雷达等应用中需要突破的技术难点。 多发多收定位原理可以解决波束不扫描条件下的方位分辨和测角难题；线性调频连续波（LFMCW）信号形式可以实现近程、无盲区、高分辨、高精度探测和距离信息获取。将这两方面结合，能够有效解决近程小扇区雷达面临的问题。 本文研究多发多收LFMCW雷达体制，特别是信号处理方法与实现算法： 1) 研究了多发多收LFMCW雷达体制的目标探测、定位原理，分析了定位定精度；并给出了系统设计方法和设计实例；提出了在高斯白噪声环境下，具有速度和加速度的运动目标信号的最佳检测模型。 2) 研究并提出了简单和复杂目标环境中LFMCW雷达中一维距离像运动补偿算法。 3) 导出了LFMCW雷达信号加速度模糊函数；得到了LFM信号加速度分辨力的拟合公式；并在恒定加速度状态下，导出了了系统的最佳积累时间准则。 4) 研究并提出了加速动目标在LFMCW雷达的三种检测与参数估计的方法：提出了描述信号的时间-调频斜率分布，以及基于该分布Radon变换的信号检测和参数估计算法；研究了基于最大似然的信号检测和参数估计方法及快速算法；提出了分数阶傅立叶变换快速自适应搜索算法，并构建了相应的检测和参数估计方法。 5) 提出了适用于近程小扇区雷达的多目标跟踪算法，该跟踪算法在强杂波背景下，仍能有效完成对多小间距目标跟踪。

论文目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究的背景和意义
  • 1.2 国内外研究动态
  • 1.3 本文的主要工作
  • 1.4 本文的主要创新
  • 第二章 近程小扇区LFMCW雷达体制
  • 2.1 雷达分析
  • 2.1.1 雷达系统需求
  • 2.1.2 雷达体制对比分析
  • 2.1.3 LFMCW多发多收体制
  • 2.2 交叉定位原理
  • 2.2.1 定位原理
  • 2.2.2 定位精度分析
  • 2.3 虚假目标分析及虚假目标剔除
  • 2.4 参数选择
  • 2.4.1 信号参数
  • 2.4.2 接收机参数
  • 2.4.3 发射机参数
  • 2.5 雷达系统
  • 2.5.1 系统构成
  • 2.5.2 前端模块
  • 2.5.3 信号处理模块
  • 2.6 结论
  • 第三章 LFMCW雷达信号分析及最佳检测
  • 3.1 传统LFMCW雷达系统分析
  • 3.2 回波信号和差拍信号分析
  • 3.3 多普勒信号分析
  • 3.4 最佳检测模型
  • 3.5 结论
  • 第四章 LFMCW雷达动目标一维距离像运动补偿
  • 4.1 目标运动对一维距离像的影响
  • 4.2 速度去模糊方法
  • 4.2.1 多普勒频率串算法
  • 4.2.2 算法分析
  • 4.3 多目标配对算法
  • 4.3.1 频域配对算法
  • 4.3.2 算法分析
  • 4.4 多目标环境下动目标一维距离像运动补偿方法
  • 4.5 仿真分析
  • 4.5.1 单目标速度估计性能仿真
  • 4.5.2 多目标仿真
  • 4.6 结论
  • 第五章 LFMCW雷达加速度模糊函数
  • 5.1 窄带信号的加速度模糊函数
  • 5.2 LFMCW雷达加速度模糊函数
  • 5.2.1 LFMCW雷达加速度模糊函数公式推导
  • 5.2.2 LFMCW雷达加速度分辨力
  • 5.3 未知加速度对传统匹配滤波器输出的影响
  • 5.3.1 未知加速度对传统匹配滤波器输出信噪比的影响
  • 5.3.2 未知加速度对多普勒频率分辨性能的影响
  • 5.3.3 未知加速度对时延分辨性能的影响
  • 5.3.4 加速度与最佳积累时间的关系
  • 5.4 结论
  • 第六章 基于时间-调频斜率分布的加速动目标检测与参数估计
  • 6.1 信号模型
  • 6.2 时间-调频斜率分布
  • 6.2.1 线性调频信号的时间-调频斜率分布
  • 6.2.2 交叉项分析
  • 6.2.3 时间-调频斜率分布的Radon变换
  • 6.2.4 交叉项和噪声的抑制
  • 6.3 参数估计方法
  • 6.3.1 单线性调频信号的参数估计方法
  • 6.3.2 多线性调频信号的参数估计方法
  • 6.3.3 参数估计算法的实现及分析
  • 6.4 参数估计性能分析
  • 6.4.1 一阶扰动分析
  • 6.4.2 调制斜率的均方误差
  • 6.4.3 初始频率的均方误差
  • 6.4.4 初始相位和幅度的均方误差
  • 6.5 仿真分析
  • 6.5.1 低信噪比条件下检测性能仿真
  • 6.5.2 低信噪比条件下多目标仿真
  • 6.5.3 高斯白噪声环境下参数估计性能
  • 6.6 结论
  • 第七章 加速动目标检测与参数估计快速算法
  • 7.1 基于最大似然的快速算法加速动目标检测与参数估计
  • 7.1.1 最大似然检测与加速度-速度估计
  • 7.1.2 加速度-速度估计快速算法及其实现
  • 7.1.3 仿真分析
  • 7.1.4 小结
  • 7.2 基于分数阶傅立叶变换的加速动目标检测与参数估计
  • 7.2.1 分数阶傅立叶变换
  • 7.2.2 加速运动目标回波检测和参数估计
  • 7.2.3 仿真分析
  • 7.2.4 小结
  • 7.3 一般高斯环境下CRB分析
  • 7.4 结论
  • 第八章 近程小扇区雷达的多目标跟踪算法
  • 8.1 近程小扇区雷达的目标分类
  • 8.2 数据关联算法
  • 8.3 新算法的提出
  • 8.4 仿真分析
  • 8.5 结论
  • 第九章 总结与展望
  • 9.1 本文工作总结
  • 9.2 工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻博期间取得的研究成果
  • 作者在校期间（合作）研究的课题

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