基于Ka波段安防LFMCW雷达信号处理的研究 - 图文

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3.3.2 CFAR检测技术的基本原理 ............................................................... 28 3.3.3瑞利杂波环境下的CFAR检测 .......................................................... 30 3.3.4 一维恒虚警（CFAR）检测 ............................................................... 32

3.3.4.1 单元平均恒虚警算法（CA-CFAR） ...................................... 32 3.3.4.2 选大、选小恒虚警算法（GO、SO-CFAR） ......................... 36 3.3.4.3 有序统计恒虚警算法（OS-CFAR） ....................................... 38 3.3.4.4 一维CFAR处理性能分析 ....................................................... 39 3.3.5 二维恒虚警（CFAR）检测 ............................................................... 43

3.3.5.1 二维矩形参考滑窗 ................................................................... 44 3.3.5.2 二维十字形参考滑窗 ............................................................... 45 3.3.5.3 二维矩形十字形参考滑窗性能对比 ....................................... 45

3.4 LFMCW雷达距离-速度去耦合算法分析 ................................................... 46

3.4.1 对称三角LFMCW雷达距离速度耦合问题分析............................. 47 3.4.2 频域配对法去耦合 ............................................................................. 48 3.4.3 MTD-频域配对法去耦合 .................................................................... 50 3.4.4 变周期对称三角LFMCW目标识别法 ............................................ 51 3.4.5 对称三角加平坦斜率LFMCW目标识别法 .................................... 54 3.5 本章小结 ....................................................................................................... 55 第四章 Ka波段LFMCW安防雷达系统仿真 ......................................................... 57

4.1 Ka波段LFMCW安防雷达信号系统算法流程 .......................................... 57 4.2 仿真参数设计 ............................................................................................... 58 4.3 信号处理流程仿真 ....................................................................................... 59 4.5 本章小结 ....................................................................................................... 64 第五章 Ka波段LFMCW安防雷达系统外场测试 ................................................. 65

5.1 外场测试条件 ............................................................................................... 65 5.2 外场测试效果 ............................................................................................... 65 5.4 外场测试数据算法验证 ............................................................................... 66

5.4.1 场景一 ................................................................................................. 66 5.4.2 场景二 ................................................................................................. 69 5.5 本章小结 ....................................................................................................... 71 第六章 结束语 ........................................................................................................... 72 致 谢 ........................................................................................................................... 73 参考文献 ..................................................................................................................... 74

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攻读硕士学位期间取得的成果 ................................................................................. 77

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图目录

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图2-1 连续波雷达框图 ............................................................. 错误！未定义书签。 图2-2 三角LFMCW信号与静目标的差拍............................. 错误！未定义书签。 图2-3 三角LFMCW信号与运动目标的差拍......................... 错误！未定义书签。 图2-4 信号系统处理流程 ......................................................... 错误！未定义书签。 图3-1 典型雷达PSD图 ............................................................ 错误！未定义书签。 图3-2 MTI滤波器结构 .............................................................. 错误！未定义书签。 图3-3 两种对消器结构 ............................................................. 错误！未定义书签。 图3-4 单/双对消器归一化频率响应 ........................................ 错误！未定义书签。 图3-5 遗传算法流程图 ............................................................. 错误！未定义书签。 图3-6 杂波功率谱 ..................................................................... 错误！未定义书签。 图3-7 适应度函数变化趋势 ..................................................... 错误！未定义书签。 图3-8 递归（红色）与非递归（蓝色）MTI滤波器对比 ..... 错误！未定义书签。 图3-9 MTD横向滤波器结构 .................................................... 错误！未定义书签。 图3-10 8点FFT滤波器组频率特性 ........................................ 错误！未定义书签。 图3-11 Hamming窗幅度特性加窗之后滤波器的频率特性 ... 错误！未定义书签。 图3-12 MTD滤波器组 .............................................................. 错误！未定义书签。 图3-13 检测概率、虚警概率和门限的关系图 ....................... 错误！未定义书签。 图3-14 σ=1.5时瑞利分布的PDF ............................................. 错误！未定义书签。 图3-15 归一化门限和虚警概率的关系曲线 ........................... 错误！未定义书签。 图3-16 检测概率与SNR在不同虚警概率下的关系 ............. 错误！未定义书签。 图3-17 CA-CFAR算法原理图 .................................................. 错误！未定义书签。 图3-18 均匀杂波背景下CA-CFAR算法的仿真 .................... 错误！未定义书签。 图3-19 临近目标情况下CA-CFAR的表现 ............................ 错误！未定义书签。 图3-20 杂波边缘时CA-CFAR的表现 .................................... 错误！未定义书签。 图3-21 GO、SO-CFAR检测器原理图 ..................................... 错误！未定义书签。 图3-22 杂波边缘时CA、GO的表现对比 .............................. 错误！未定义书签。 图3-23 临近目标情况下SO、CA的表现对比....................... 错误！未定义书签。 图3-24 OS-CFAR算法原理图 ................................................... 错误！未定义书签。 图3-25 CFAR损失与虚警概率以及参考单元数目N之间的关系错误！未定义书签。 图3-26 CA-CFAR性能仿真流程图 .......................................... 错误！未定义书签。

图3-27 均匀背景下CA-CFAR检测时的虚警概率与检测概率的关系曲线错误！未定义书签。 图3-28 CA、GO、SO、以及OS算法在均匀背景下的检测表现错误！未定义书签。

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图3-29 前、后窗各有一个目标 ............................................... 错误！未定义书签。 图3-30 前窗有两个目标 ........................................................... 错误！未定义书签。 图3-31 二维CFAR矩形窗结构 ............................................... 错误！未定义书签。 图3-32 二维CFAR十字形窗结构 ........................................... 错误！未定义书签。 图3-33 十字矩形窗性能对比 ................................................... 错误！未定义书签。 图3-34 发射及回波信号瞬时频率和差拍信号 ....................... 错误！未定义书签。 图3-35 CFAR之后上、下差拍信号 ......................................... 错误！未定义书签。 图3-36 仿真输出截图 ............................................................... 错误！未定义书签。 图3-37 MTD-频域配对法的信号流程图 .................................. 错误！未定义书签。 图3-38 变周期发射信号频率图 ............................................... 错误！未定义书签。 图3-39 a段扫频段FFT之后差拍信号的谱线......................... 错误！未定义书签。 图3-40 四段数据的计算结果进行重合 ................................... 错误！未定义书签。 图3-41 对称三角加平坦斜率目标识别法原理图 ................... 错误！未定义书签。 图3-42 平行线算法结果重合 ................................................... 错误！未定义书签。 图3-43 平行线算法输出结果 ................................................... 错误！未定义书签。 图4-1 信号处理流程 ................................................................. 错误！未定义书签。 图4-2 FFT之后上、下扫频频谱图 .......................................... 错误！未定义书签。 图4-3 MTI之后上、下扫频的信号频谱 .................................. 错误！未定义书签。 图4-4 MTD之后上扫频的俯视图与三维图 ............................ 错误！未定义书签。 图4-5 MTD之后下扫频的俯视图与三维图 ............................ 错误！未定义书签。 图4-6 上、下差拍的恒虚警门限三维图 ................................. 错误！未定义书签。 图4-7 上、下扫频的目标峰值频点 ......................................... 错误！未定义书签。 图5-1 雷达上位机界面显示图 ................................................. 错误！未定义书签。 图5-2测试场景一 ...................................................................... 错误！未定义书签。 图5-3 场景一FFT之后上扫频频谱 ........................................ 错误！未定义书签。 图5-4 场景一MTI去杂波后上扫频频谱图 ............................ 错误！未定义书签。 图5-5 场景一MTD之后上差拍三维图 .................................. 错误！未定义书签。 图5-6 场景一CFAR之后的上差拍频谱 ................................. 错误！未定义书签。 图5-7场景一计算出的速度、距离结果 .................................. 错误！未定义书签。 图5-8 测试场景二 ..................................................................... 错误！未定义书签。 图5-9 场景二FFT之后上扫频频谱 ........................................ 错误！未定义书签。 图5-10 场景二MTI去杂波后上扫频频谱图 .......................... 错误！未定义书签。 图5-11 场景二MTD之后上差拍三维图 ................................ 错误！未定义书签。 图5-12 场景二CFAR之后的上差拍频谱 ............................... 错误！未定义书签。

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