在高級輔助駕駛、智能駕駛快速發(fā)展的今天,車載毫米波雷達憑借其全天時全天候的優(yōu)勢,成為最具潛力的傳感器之一,受到了國內(nèi)外汽車廠商和研究機構(gòu)的重點關注。雖然雷達信號處理技術在軍工領域已經(jīng)相對成熟,但不同的作用場景、受限的產(chǎn)品成本,使得研發(fā)出一款高性能高可靠的車載毫米波雷達面臨著不小的挑戰(zhàn)。為此,本文面向?qū)嶋H需求,立足工程實現(xiàn),對車載毫米波雷達目標參數(shù)估計和目標跟蹤算法展開深入研究,具有重要的理論意義和實用價值。首先,從LFMCW信號模型出發(fā),依次研究了測距、測速和測角原理。對于均勻線陣的測角問題,分別討論了相位干涉法、數(shù)字波束形成和Capon算法,并針對車載雷達空域采樣數(shù)據(jù)量小的問題,使用空間平滑技術改進了Capon算法。對于測速問題,尤其是速度模糊問題,提出了基于相位干涉技術的速度解模糊方法,并給出兩種具體實現(xiàn)方法,分析驗證了算法性能。其次,討論了目標跟蹤相關理論,包括跟蹤波門、數(shù)據(jù)關聯(lián)和跟蹤濾波等。數(shù)據(jù)關聯(lián)作為目標跟蹤的核心環(huán)節(jié)之一,是重點也是難點問題,本文在分析鄰域類和概率類數(shù)據(jù)關聯(lián)算法的基礎上,結(jié)合實際量測的特點,從減少量測進入波門的角度,提出了基于多普勒約束的近鄰數(shù)據(jù)關聯(lián)方法,有... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

013-2017年汽車交通事故發(fā)生數(shù)及死亡人數(shù)（圖片來源：國家統(tǒng)計局）

東南大學碩士學位論文14況下，使得噪聲以及來自非信源方向上的任何干擾所貢獻的功率最小，其目標函數(shù)為：20min[|()|]min:()1HSHEykwRwstwa（2.23）其中，w為權矢量，0a()為導向矢量，0為信源期望方向角，SR為信號協(xié)方差矩陣，約束條件0()1Hwa保證了信源方向上的信號功率不變。式（2.23）是一個典型的約束最優(yōu)化問題，可以利用拉格朗日乘子，將其轉(zhuǎn)化為對偶問題來求解，可求得最優(yōu)解w為：100100()()()SHSRawaRa（2.24）將0w代入目標函數(shù)，則利用Capon算法得到的信源方向上的信號功率為：01001()()()CaponHSPaRa（2.25）同樣地，在實際應用中，由于信源角度未知，則可對式（2.25）進行譜峰搜索來求取目標角度。雖然Capon算法能獲得超越瑞利波束寬度的角度分辨率，但觀察式（2.25）可知其估計性能依賴于協(xié)方差矩陣估計的準確性，若協(xié)方差矩陣估計不準，則會嚴重地降低算法性能，甚至無法工作。而在車載雷達應用中，出于實時性的考慮，可利用的數(shù)據(jù)十分有限，通常只有一幀數(shù)據(jù)（單快拍），此時經(jīng)典的Capon算法由于協(xié)方差矩陣奇異而無法工作；另外車載雷達的陣列天線數(shù)也非常稀缺，無論SIMO還是MIMO雷達，接收天線通常都只有3-4根，這些都為協(xié)方差矩陣的估計帶來了非常大的挑戰(zhàn)。協(xié)方差矩陣估計不準除了由于數(shù)據(jù)量小外，還有一個原因在于信源與噪聲或信源之間存在較強的相干性，導致估計出的協(xié)方差矩陣奇異，因此還需要解相干處理。針對上述問題，可以利用空間平滑技術來改進Capon算法[50]，以提高協(xié)方差矩陣估計的準確性。具體地，可以對數(shù)據(jù)進行分組，將原陣列劃分為一組相互交錯的子陣，每個子陣中的陣元信號構(gòu)成一組數(shù)據(jù)，以前向空間平滑技術為例，其?

閹骼椿袢∧勘杲嵌取?2.2.3.4算法仿真與分析仿真實驗1：Capon改進算法仿真實驗條件：單快拍，雙向空間平滑，d為0.5λ，陣元數(shù)M為12（波束寬度為8.5°），子陣陣元數(shù)m為8，目標角度分別為10°和15°，目標信號幅度均為10V，掃描點數(shù)為36（掃描精度2.5°，掃描區(qū)間[-45°,45°]），信噪比20dB。圖2-4為Capon改進算法仿真結(jié)果，其中a圖為常規(guī)波束形成方向圖，發(fā)現(xiàn)只存在一個譜峰，無法分辨兩個目標；b圖為Capon改進算法方向圖，在10°和15°處有兩個明顯的譜峰，可見Capon改進算法即使在單快拍數(shù)據(jù)下也能實現(xiàn)角度超分辨。圖2-4Capon改進算法仿真

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于寬帶雷達回波的航跡起始方法[J]. 金元華,葉春茂,陳映,魯耀兵.  系統(tǒng)工程與電子技術. 2019(01)
[2]基于空間平滑的單快拍波達方向估計算法[J]. 劉曉娣,周新力,肖金光.  探測與控制學報. 2015(06)
[3]LFMCW雷達高速目標速度解模糊新方法[J]. 劉賢明,謝愷,吳學伍.  現(xiàn)代電子技術. 2012(07)
[4]一種基于模糊推理的JPDAF新方法[J]. 李良群,謝維信.  信號處理. 2011(09)
[5]基于最大熵模糊聚類的快速數(shù)據(jù)關聯(lián)算法[J]. 李良群,姬紅兵.  西安電子科技大學學報. 2006(02)
[6]二維FFT算法在LFMCW雷達信號處理中的應用及其性能分析[J]. 王月鵬,趙國慶.  電子科技. 2005(05)
[7]論航跡起始方法[J]. 董志榮.  情報指揮控制系統(tǒng)與仿真技術. 1999(02)

碩士論文
[1]基于Kalman濾波的雷達目標跟蹤算法研究[D]. 楊少科.蘭州大學 2017
[2]基于數(shù)據(jù)關聯(lián)算法的汽車主動防撞預警系統(tǒng)多目標跟蹤研究[D]. 李秋燕.吉林大學 2015
[3]雷達測角方法研究[D]. 劉亮.西安電子科技大學 2013
[4]基于FCM的雷達多目標航跡相關[D]. 丁錢龍.大連海事大學 2010



本文編號：3366519