本文關(guān)鍵詞：FMCW近程測(cè)距雷達(dá)的差頻信號(hào)處理技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： FMCW雷達(dá) 差頻信號(hào) 濾波 頻譜估計(jì) DSP

【摘要】：FMCW雷達(dá)可以測(cè)量靜止或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和速度,如今廣泛用于高速公路超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、汽車防撞雷達(dá)等領(lǐng)域。在大型煤礦場站,司機(jī)在駕駛超大型重卡運(yùn)輸作業(yè)時(shí),行進(jìn)前后中往往存在視野盲區(qū),極易發(fā)生安全事故。本文選擇在汽車上安裝FMCW雷達(dá)來實(shí)時(shí)測(cè)量車身與障礙物間的距離,保障人身和財(cái)產(chǎn)安全。為了從雷達(dá)差頻信號(hào)中提取精度較高的距離信息,需要對(duì)差頻信號(hào)做噪聲干擾濾除和頻率估計(jì)校正處理。本文的研究內(nèi)容就圍繞這兩方面展開。 論文首先論述了FMCW雷達(dá)的工作結(jié)構(gòu)和測(cè)距原理。設(shè)計(jì)了包括模擬濾波器、增益放大調(diào)整等模塊在內(nèi)的前端差頻信號(hào)預(yù)處理電路,以及用于信號(hào)處理的以TMS320F28335芯片為核心的DSP開發(fā)板；在后期數(shù)字信號(hào)處理中,依據(jù)差頻信號(hào)自身特點(diǎn),利用兩種信號(hào)降噪濾波方法進(jìn)行了分析與實(shí)驗(yàn)。即設(shè)計(jì)了FIR數(shù)字濾波器,將差頻信號(hào)與具有固定頻帶的干擾信號(hào)分離、濾除。濾波器去噪方法的特點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡捷,易于仿真和硬件實(shí)現(xiàn)；而針對(duì)寬頻帶隨機(jī)噪聲不能利用固定截止頻率的數(shù)字濾波器濾除的問題,介紹了基于自相關(guān)函數(shù)能量特性的EMD降噪方法,并據(jù)此提出了新的判決有用信號(hào)主導(dǎo)模態(tài)與噪聲主導(dǎo)模態(tài)分界點(diǎn)的自適應(yīng)方法,最后對(duì)實(shí)際差頻信號(hào)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。在分析了頻譜估計(jì)中的能量重心校正原理和Chirp-Z變換的基礎(chǔ)上,對(duì)傳統(tǒng)FFT算法進(jìn)行了改進(jìn),提出了基于能量重心特性的FFT+Chirp-Z變換目標(biāo)距離估計(jì)算法。該算法與以往的局部頻譜細(xì)化分析算法相比可以減少一半的Chirp-Z變換運(yùn)算點(diǎn)數(shù),而且進(jìn)一步提高了頻率估計(jì)精度,更有利于算法在DSP中硬件實(shí)現(xiàn)。 文中通過MP424采集卡采集了測(cè)距范圍在1～30m的多組差頻信號(hào),并分別進(jìn)行了整體硬軟件測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了EMD去噪算法的有效性,驗(yàn)證了改進(jìn)的FFT+Chirp-Z變換算法的快捷性,其在運(yùn)算量和測(cè)距精度上均優(yōu)于傳統(tǒng)的FFT算法。
【關(guān)鍵詞】：FMCW雷達(dá) 差頻信號(hào) 濾波 頻譜估計(jì) DSP
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN957.51
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 FMCW雷達(dá)研究背景及意義10-11
• 1.2 FMCW雷達(dá)國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)11-14
• 1.2.1 FMCW測(cè)距防撞雷達(dá)研究發(fā)展動(dòng)態(tài)11-12
• 1.2.2 信號(hào)處理和DSP技術(shù)在FMCW雷達(dá)上的應(yīng)用12-14
• 1.3 本文主要工作14-15
• 第2章 FMCW雷達(dá)測(cè)距原理15-23
• 2.1 FMCW雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工作原理15
• 2.2 三角波調(diào)制下FMCW雷達(dá)信號(hào)分析15-21
• 2.2.1 三角波FMCW雷達(dá)測(cè)距測(cè)速的工作原理15-19
• 2.2.2 三角調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)分析19-20
• 2.2.3 多普勒現(xiàn)象對(duì)距離測(cè)量的影響20-21
• 2.3 影響FMCW雷達(dá)測(cè)距精度的因素21-23
• 2.3.1 欄柵現(xiàn)象對(duì)頻譜估計(jì)的影響21
• 2.3.2 截?cái)嘈?yīng)對(duì)頻譜估計(jì)的影響21-22
• 2.3.3 VCO線性度對(duì)距離分辨率的影響22-23
• 第3章 FMCW雷達(dá)測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)23-33
• 3.1 總體設(shè)計(jì)23-24
• 3.2 差頻信號(hào)預(yù)處理電路設(shè)計(jì)24-29
• 3.2.1 雷達(dá)傳感器IVS-16324-25
• 3.2.2 三角波調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生25
• 3.2.3 差頻信號(hào)前端處理電路設(shè)計(jì)25-27
• 3.2.4 信號(hào)處理電路板設(shè)計(jì)中注意的若干問題27-29
• 3.3 數(shù)據(jù)采集卡模塊MP42429
• 3.4 差頻信號(hào)處理的DSP開發(fā)板設(shè)計(jì)29-33
• 3.4.1 TMS320F28335芯片29-30
• 3.4.2 DSP外圍電路設(shè)計(jì)30-33
• 第4章 FMCW雷達(dá)差頻信號(hào)處理技術(shù)研究33-61
• 4.1 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)33-41
• 4.1.1 數(shù)字濾波器概述與比較33-35
• 4.1.2 FIR濾波器設(shè)計(jì)方案分析35-37
• 4.1.3 FIR濾波器的MATLAB仿真設(shè)計(jì)37-41
• 4.2 基于EMD的差頻信號(hào)去噪算法41-52
• 4.2.1 EMD算法基本原理41-43
• 4.2.2 基于自相關(guān)函數(shù)能量特性的EMD去噪算法43-48
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析48-52
• 4.3 FMCW雷達(dá)的目標(biāo)距離估計(jì)算法52-60
• 4.3.1 頻譜分析中的能量重心校正原理53-54
• 4.3.2 基于能量重心特性的FFT+Chirp-Z變換目標(biāo)距離估計(jì)算法54-56
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析56-60
• 4.4 差頻信號(hào)處理算法小結(jié)60-61
• 第5章 測(cè)試與分析61-74
• 5.1 DSP系統(tǒng)測(cè)試62-64
• 5.1.1 SRAM測(cè)試62-63
• 5.1.2 FLASH存儲(chǔ)測(cè)試63-64
• 5.2 DSP驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)FIR低通濾波器64-68
• 5.2.1 CCS IDE與MATLAB仿真軟件聯(lián)合調(diào)試方法65
• 5.2.2 FIR濾波器DSP實(shí)現(xiàn)效果測(cè)試65-68
• 5.3 目標(biāo)測(cè)距測(cè)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析68-72
• 5.3.1 靜態(tài)單個(gè)目標(biāo)測(cè)距實(shí)驗(yàn)68-71
• 5.3.2 動(dòng)態(tài)單個(gè)目標(biāo)測(cè)距測(cè)速實(shí)驗(yàn)71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果81-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

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