【摘要】：步進(jìn)頻率(Stepped-Frequency,SF)雷達(dá)是一種通過多脈沖合成實(shí)現(xiàn)距離高分辨的寬帶雷達(dá)體制,它通過發(fā)射一組載頻線性跳變的雷達(dá)脈沖,再對脈沖回波進(jìn)行傅里葉逆變換(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)處理,獲得大的合成帶寬,從而實(shí)現(xiàn)距離高分辨的效果[1]。步進(jìn)頻率信號(hào)的發(fā)射、接收和處理均可用窄帶實(shí)現(xiàn),降低了對雷達(dá)各部分瞬時(shí)帶寬的要求。在保證雷達(dá)系統(tǒng)達(dá)到高性能指標(biāo)的同時(shí),減小了數(shù)字信號(hào)處理機(jī)硬件部分的設(shè)計(jì)難度,易于工程實(shí)現(xiàn),因此得到廣泛的應(yīng)用。本文首先給出了步進(jìn)頻率信號(hào)的數(shù)學(xué)模型,對其進(jìn)行推導(dǎo)、分析,得出步進(jìn)頻率信號(hào)距離高分辨的原理。針對步進(jìn)頻率信號(hào)參數(shù)設(shè)置產(chǎn)生像冗余和像缺損的問題,提出了像拼接算法。像拼接算法可以減小目標(biāo)距離走動(dòng)并抑制虛假目標(biāo)的產(chǎn)生,通過與常規(guī)像拼接算法的對比和對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn),提出了一種改進(jìn)的距離域高分辨成像算法,將此應(yīng)用于仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù),得到真實(shí)且完備的一維高分辨距離像,完成步進(jìn)頻率體制雷達(dá)一維高分辨距離像成像算法的研究工作。目標(biāo)的一維高分辨距離像描述了目標(biāo)強(qiáng)散射中心在徑向上的投影,它能夠反映出不同物體在幾何形狀和層次結(jié)構(gòu)上的特征和差異,可以利用一維高分辨距離像,即距離擴(kuò)展目標(biāo)所具有的形狀和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行目標(biāo)檢測。距離擴(kuò)展目標(biāo)不同于傳統(tǒng)的“點(diǎn)目標(biāo)”,需采用距離擴(kuò)展目標(biāo)的恒虛警(Constant False Alarm Rate,CFAR)檢測算法進(jìn)行檢測。本文在介紹了低分辨雷達(dá)恒虛警檢測的基本算法、分析了算法性能的基礎(chǔ)上,提出了三種距離擴(kuò)展目標(biāo)的恒虛警檢測算法,通過檢測性能曲線和對實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果的對比,驗(yàn)證了基于順序統(tǒng)計(jì)量的多通道檢測算法在對數(shù)正態(tài)雜波背景下的檢測性能最佳。通過對多種恒虛警檢測算法的分析,選取在低分辨雷達(dá)下性能最優(yōu)的單元平均恒虛警檢測算法和在高分辨雷達(dá)下性能最優(yōu)的基于順序統(tǒng)計(jì)量的多通道檢測算法應(yīng)用于FPGA(Field-Programmable Gate Array)工程實(shí)現(xiàn)。FPGA作為新興的信號(hào)處理元件,集成度高、速度快,具有高可靠性和穩(wěn)定性,能夠完成復(fù)雜的時(shí)序設(shè)計(jì)。利用FPGA并行處理等優(yōu)勢,分析兩種應(yīng)用于不同對象的恒虛警檢測算法的特點(diǎn),合理分配資源,綜合考慮數(shù)據(jù)量與運(yùn)行速度等因素,完成算法的工程設(shè)計(jì)。本文最后對提出的像拼接算法和恒虛警檢測算法進(jìn)行總結(jié),完成了步進(jìn)頻率信號(hào)從成像到檢測的數(shù)據(jù)處理過程。
[Abstract]:Step Frequency (Stepped-Frequency,SF) radar is a kind of wideband radar system with high range resolution realized by multi-pulse synthesis. It transmits a group of carrier frequency linear jump radar pulses, and then carries out Fourier inverse transform (Inverse Fast Fourier Transform,) to the pulse echo. IFFT) to obtain a large synthetic bandwidth, thus achieving the effect of high range resolution [1]. The transmit, receive and process of step frequency signal can be realized by narrow band, which reduces the requirement of instantaneous bandwidth of radar. At the same time, the design difficulty of the hardware part of the digital signal processor is reduced, and it is easy to be realized in engineering, so it is widely used. In this paper, the mathematical model of step frequency signal is given, and the principle of high resolution of step frequency signal is obtained by deducing and analyzing it. To solve the problem of image redundancy and image defect caused by step frequency signal parameter setting, an image mosaic algorithm is proposed. The image mosaic algorithm can reduce the moving distance of the target and suppress the false target. By comparing with the conventional image mosaic algorithm and improving the existing technology, an improved high-resolution imaging algorithm in range domain is proposed. The real and complete one-dimensional high-resolution range profile is obtained by applying this method to the simulation data and the measured data, and the research work of the one-dimensional high-resolution range profile imaging algorithm for stepped frequency radar is completed. The one-dimensional high-resolution range profile of the target describes the radial projection of the strong scattering center of the target. It can reflect the characteristics and differences of different objects in geometric shape and hierarchical structure, and can be used to use the one-dimensional high-resolution range profile. The shape and structure features of the extended target are used to detect the target. The extended range target is different from the traditional "point target". It is necessary to use the CFAR (Constant False Alarm Rate,CFAR (constant false alarm rate) detection algorithm to detect the extended distance target. In this paper, the basic algorithm of low resolution radar CFAR detection is introduced, and the performance of the algorithm is analyzed. Three CFAR detection algorithms for extended range targets are proposed. It is verified that the multichannel detection algorithm based on sequential statistics has the best detection performance under the background of logarithmic normal clutter. Based on the analysis of many CFAR detection algorithms, Cell average CFAR detection algorithm with optimal performance under low resolution radar and multichannel detection algorithm based on sequence statistics with optimal performance under high resolution radar are applied to FPGA (Field-Programmable Gate Array) engineering). FPGA As an emerging signal processing element, High integration, high speed, high reliability and stability, can complete complex timing design. Based on the advantages of parallel processing of FPGA, this paper analyzes the characteristics of two CFAR detection algorithms applied to different objects, reasonably allocates resources and synthetically considers the factors of data volume and running speed, and completes the engineering design of the algorithm. Finally, the image splicing algorithm and the CFAR detection algorithm are summarized, and the data processing process from imaging to detection of step frequency signal is completed.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN957.51

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本文編號(hào)：2297531