进入九十年代,A。G。Stove 在《线性调频连续波雷达技术》中对LFMCW雷达的工作原理、信号分析与处理、LFMCW的优缺点及其应用进行全面的研究。这时,LFMCW雷达的最大特点是将LFMCW雷达的优点与毫米波技术进行结合,利用毫米波集成技术,使得毫米波LFMCW雷达的体积小,成本低,可靠性高。当然,此时这种雷达的应用范围还是受限于当时的信号处理水平和硬件水平。
到了二十一世纪,数字信号处理水平由于集成技术和阵列处理技术的迅猛发展也而得到了很大的提升,通过微型数字信号处理器来替代模拟滤波器组来对信号进行快速傅里叶变换,从而大大减小了LFMCW雷达的设备量。这时候,LFMCW雷达的基本原理已成熟。国内外的科学家开始对LFMCW进行优化,寻找一种分辨率和精度更高,体积更小,功能更全面和价格更低的LFMCW雷达。
与国外相比,国内的LFMCW雷达起步较晚。但是近些年来,LFMCW开始兴起和得到重视,国内的中国科学技术大学,电子科技大学,南京理工大学,北京理工大学等都对LFMCW雷达进行了比较全面深入的研究,比如南京理工大学李兴国和李跃华教授领导的毫米波近感技术研究所,经过30多年研究在LFMCW雷达方面已获得很多发明专利和科研成果,其主要是用于弹载的应用和近炸引信技术。
总之,LFMCW雷达在雷达系统中越来越举足轻重,国内外对LFMCW雷达的关注也越来越多,相信接下来这种雷达还会得到更好的发展。
1。3论文内容安排
本论文内容做如下安排:
第一章引入了LFMCW雷达的概念,通过横向纵向对比说明了其优点,并且罗列了LFMCW雷达的研究背景与国内外的发展动态。然后介绍了全文的内容安排。
第二章讲的是LFMCW雷达信号分析,首先我们介绍了LFMCW雷达工作的基本原理与流程,然后分别以正弦波调制和对称三角波调制方法为例进行雷达差频信号的处理分析。介绍了距离速度耦合问题并且给出了上下扫频法消除耦合的解决方案。最后提出了速度模糊问题,并介绍了用多波形重复频率算法和多普勒频率串方法去速度模糊。
第三章针对多目标情况下用WRF或DFC方法去速度模糊存在着运算复杂的问题,提出了一种变周期多目标方法进行雷达的多目标测距测速。
本文的第二章是理论基础,第三章解决多目标测距测速模糊是我们的重点,其研究过程中离不开第二章所提出的一些基础理论。
2。LFMCW雷达信号分析
2。1LFMCW雷达工作原理LFMCW雷达系统框图
LFMCW雷达的框图如图所示,包含发射天线、接收天线、调制信号发生器、混频器、数模转换器和信号处理器。雷达的发射信号作为本振信号,接收到的目标回波信号经过放大,两者通过混频器,得到差频信号,再将差频信号进行A/D转换,在频域里获得目标的距离信息。文献综述
2锯齿波 LFMCW雷达差频信号示意图
图2-2展示了雷达系统中差频信号的处理过程。这里发采用锯齿波调频信号作为雷达发射信号进行相关的说明。图2-2(a)中的实线是LFMCW雷达发射信号的调频频率曲线,其中 段为线性调频段, 段为频率回扫段。图2-2(a)中虚线是目标的回波信号,它与发射信号的调频频率曲线形状一样,仅仅在时间上向后移动了 (c为光速), 为回波信号的时延。图2-2(b)是雷达发射信号与目标回波信号通过混频器后得到的差频信号。 段的差频信号频率是固定的, 段和 段差频频率是变化的,变化段的持续时间虽然不长,但包含了从0到 ( 为扫频段最大频率)范围内丰富的频率分量,这使得目标的检测受到影响,特别是在多目标测距问题中,距离较远的弱目标的回波频谱很容易被距离较近的强目标回波频谱遮盖,所以要采用图2-2(c)所示的矩形窗来去掉变化的调频频率段,只处理差频信号的固定频率段。如图2-2(d)所示,处理后的差频信号在时域上变成一个准正弦振荡信号。如图2-2(e),当窗函数选为矩形窗时,其频谱是一个中心频率为 的辛克函数。由于 与目标延时 成正比,因此 与目标距离 也成正比,所以可以从差频信号频谱中获取目标的信息。