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基于多核DSP的LFMCW雷达信号处理算法设计(3)
LFMCW雷达的主要缺点是:
1 测量距离受限。有两个原因:一是收发信号无法做到完全隔离,随着测量距离的增加,发射功率也在增加,功率泄漏也更加明显;二是距离增加导致FFT处理运算量按指数规律增加,影响实时性。
2 距离速度的耦合问题。具有超大时带积的线性调频信号,必然导致距离速度耦合问题,使雷达分辨率下降并增大动目标的测距误差。
1.4 LFMCW雷达的国内外研究情况
八十年代中期,荷兰人L.P.Lighthart在进行气象观测实验中初步分析了LFMCW信号的分辨率、灵敏度和模糊函数等问题。同一时期,美国人RB.Chadwick在对LFMCW雷达的距离串扰和旁瓣效应问题上也有了新的突破。另外,LFMCW雷达在动目标显示(MTI)等问题上也有了分析与探索。
到了九十年代,随着数字信号处理和固态毫米波器件的发展,毫米波LFMCW雷达被研制出来。毫米波LFMCW雷达不仅具有LFMCW雷达的特点,而且还具有更宽的调频带宽,能够获得更高的距离分辨率。
近些年来,
计算机
和DSP技术飞速发展,研发出大量的高速处理芯片,例如超大规模集成可编程逻辑器件和数字信号处理器,这些芯片容量大、计算速度快、兼容性好,LFMCW雷达利用其进行数字信号处理(如FFT)获取并分析差频信号的频谱,这种变换能为LFMCW雷达的高距离分辨率和高测量精度提供可能,使LFMCW雷达在更复杂的环境中依然可以工作。因此这类产品在雷达的数据处理中得到了广泛的应用,使大计算量,高精度的实时频谱分析得以实现。
国内的研究者们对LFMCW雷达的关键技术方面也做出了巨大的贡献。中国科学院研究所采用多个扫频斜率的对称三角发射波形,利用多斜率的方式实现距离速度去耦合。电子科技大学采用对称三角波发射波形,利用MTD实现对不同模糊速度目标的检测和分类,在抑制杂波、简化目标环境后,利用对称三角线性调频连续波的上下扫频段距离偏差的对称性,实现距离速度去耦合。从八九十年代开始至如今,电子科技大学的杨建宇教授等人对LFMCW雷达的模糊函数进行了优化和改善,增强了接收机的性能,同时他们也对如何产生大时带积信号、测试线性度、进行距离分段处理等技术性问题做出了深入的研究。从文献资料来看:如何用最小的代价去解决距离速度耦合的问题,仍然是目前需要进一步研究的难题。
LFMCW雷达在近十几年的应用中,根据军事领域不断进步的技术要求,也在不断地完善和发展。在某些领域中,LFMCW雷达甚至在慢慢取代原来的脉冲信号雷达。但是,从总的趋势中,脉冲雷达的发展时期要比LFMCW雷达更长,在技术方面LFMCW雷达依然处于不成熟的阶段。
1.5 本文主要研究内容
本文在上述背景情况下,以精确快速地测量出点目标的距离和速度为最终目标,研究基于TMS320C6678平台下线性调频连续波雷达的信号处理算法设计。
第一章从对雷达的分类情况开始引出对LFMCW雷达的介绍,主要讲述了LFMCW雷达产生的背景与意义,其自身的优缺点以及国内外对LFMCW雷达的研究
现状
。
从第二章开始,讲述LFMCW雷达在对称三角性调频连续波发射波形下的测距测速原理,将频域配对法和动目标检测法互补,引出并介绍MTD-频域配对法的原理和步骤。
从第三章开始,讲述了LFMCW雷达在TMS320C6678平台下的编程原理,其中分别从单核和多核两方面进行入手,介绍了
系统
各个部分的原理。
第四章主要给出LFMCW雷达信号处理的软件实现,验证了信号处理的正确性,并完成LFMCW信号处理时间测试。其中,仿真分析是在matlab上给出的,调试结果与时间测试是在CCS软件上给出的。
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