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线性调频连续波雷达威廉希尔官方网站分析

2018-3-23 11:06:08 6292 线性连续调频雷达威廉希尔官方网站

0 中国的地势复杂多变，且其中２／３的面积为山区，因此，高铁可能面临如滑坡、泥石流，Ｗ及异物入侵铁轨等危险。为了保证高铁的安全运行，本文主要研究高铁场景下的目标检测威廉希尔官方网站，Ｗ及该场景下雷达探测与通信的协作。简单的连续波雷达经过信号处理后只能获得其速度信息，但对于高铁探测来说，需要知道探测目标详细位置和速度信息，而雷达可通过发射经过调制的连续波发现周围有威胁的动目标，对雷达回波信号进行处理，可得威胁物体的距离和速度信息，这种快速定位可Ｗ帮助铁路工作人员对潜在威胁提前做出处理，保证即将到来的列车安全通过。因此，经过调制的连续波雷达能满足本文要求，其回波信号经过处理后可得距离和速度信息。线性调频连续波顾名思义是对连续波信号的载波进行频率调制。该体制下的雷达在一个周期ｒ内向某方向发射频率随时间线性变化的信号，随后，经另一天线接收回波，对回波信号进行数字信号处理，可解得目标距离和速度信息。而今，线性调频连续波雷达受到了广泛应用，主要原因如下：（１）优良的距离和速度分辨率。（２）系统所需峰值功率更低，结构简单，成本低。（３）数字信号处理快速、高效。可用快速傅里叶变换（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒａｉ，ＦＦＴ）实现距离测量。（２）系统所需峰值功率更低，结构简单，成本低。 ( ４）良好的抗干扰和抗截获能力。（５）符合近距离探测要求。（６）相比于视频监控等，能对环境进行全天候的监测。２．２兰角线性调频连续波雷达工作原理２．２．１Ｈ角线性调频连续波雷达系统线性调频连续波采用不同的调频方法，所得波形分为Ｈ角波和银齿波。相比于银齿波在速度和距离上的賴合现象，对称Ｈ角波可Ｗ把回波信号和发射信号进行频谱配对。根据发射信号和回波信号频率相关性，实现多目标的测量，从而解决雷达的距离－速度賴合现象。图２－１为线性调频连续波系统组成。系统产生的信号大部分向外发射，遇到目标返回，并被接收天线接收。剩下的小部分发射信号为本振信号，目标回波和本振信号混频，得到窄带差拍信号。差拍信号经滤波、放大、Ａ／Ｄ变换等一系列处理后，可得我们所感兴趣的目标信息。线性调频连续波雷达采取数字信号处理方法对回波进行频谱检测。为了精确提取目标的距离速度信息，涉及到多个动目标的检测问题，必须选择合适的检测算法。其中恒虚警算法为经典的信号检测算法，是雷达探测系统中的一个重要环节。２．２．２Ｈ角线性调频连续波雷达波形分析对线性调频连续波雷达系统的回波信号分析的主要在于对差拍信号的分析。将线性调频连续波雷达系统的发射信号和回波信号进行混频，即可得到其差拍信号。如图２－２所示，系统通过上扫频和下扫频形成对称＝角线性调频连续波信号，得到的王角波在时域按周期不断重复。２．３线性调频连续波雷达信号处理过程线性调频连续波雷达接收回波信号处理方法包括信号积累，动目标显示、ＭＴＤ、恒虚警处理、频域配对等、信号处理流程如图２－３所示。一般情况下，雷达接收的回波信号比较弱，处理雷达回波信号前，需要对多个周期的回波进行积累，获得高的信噪比，Ｗ提高雷达的检测能力。如图２－３所示，对上下扫频差拍信号分别积累７Ｖ个周期，经Ａ／Ｄ变换后，再对７Ｖ个周期的上下扫频信号分别做Ｍ点ＦＦＴ变化。将对应距离的前后两周期的ＦＦＴ结果相减，做频谱对消，除去固定目标的干扰，从加窗ＦＦＴ到对消的过程就是ＭＴＩ［２０］－口１］。但由于ＭＴＩ杂波抑制效果不理想，且当有多个动目标时，无法区分，故采用ＭＴＤ威廉希尔官方网站［２２］－口３］。ＭＴＤ相当于将ｙＶ个周期的同一距离口的数据取出，并做ＦＦＴ变换，得到回波不同的模糊多普勒频率。故相当于用多个窄带滤波器组输出不同多普勒频率的目标和杂波。回波数据经过前面的信号处理后，分别对上下扫频信号做恒虚警处理，可检测出目标。２．４雷达回波模拟雷达信号处理的实质就是对回波信号进行处理，而雷达回波除了发射信号的目标回波还包括噪声和杂波，且雷达探测环境不同，其杂波种类也有所区别，如地面杂波、海平面杂波、树木杂波等。若回波信号中杂波和噪声功率过大，微弱的目标信息可能会被淹没，导致雷达接收端无法识别出目标。因此，需要对雷达回波进行模拟，包括对噪声和杂波的模拟，尤其是杂波。在不同探测场景下，雷达回波模拟有助于更好的分析回波特性，从而提高雷达目标检测的正确率。２．４．１点目标回波模拟一个完整的目标建模应该包括对目标散射特性和几何特性的建模，相应的目标模型由目标散射模型和目禄几何模型组成。目标的散射模型又分为点散射模型和小面散射模型，其中点散射模型由于实现简单，得到广泛应用，本文在后面章节主要针对单个点或者多个点的目标检测，所Ｗ这里主要对点目标进行建模。若雷达发射功率和接收回波功率分别为Ｐｔ和雷达发射天线的増益为Ｇｔ，接收天线增益为馬，Ｇｔ＝Ｇｒ＝Ｇ，目标雷达散射截面积（ＲＣＳ）为ｆ。雷达方程如下式：其中，Ｉ为自由空间中存在的损耗因子；心分别是从发射天线到目标、从目标到接收天线的方向图的传播因子。当发射天线和接收天线相同时，巧巧＝ｆ４，Ｆ为方向图传播因子。根据场景需求，本课题中可能出现的运动目标是落石、人、车辆等等，属于多个均匀散射体所构成的目标，且大多目标都是满起伏的为ＳｗｅｒｌｉｎｇＩ型。Ｓｗｅｒｌｉｎｇｌ型截面积的概率密度函数如下式所述２．４．２雷达噪声模拟本文雷达采用的是毫米波频段，主要考虑内部环境产生的噪声，其的电压幅度Ｘ服从的高斯分布，相应的概率密度函数为：其中为噪声电压方差。由上式可知，可以通过随机生成服从高斯分布的方法对回波信号噪声进行模拟。２．４．３雷达杂波模拟杂波模拟方式有Ｈ种，分别为：非线性建模、散射机理建模Ｗ及统计建模。一般情况下采取统计建模方式口５］。对于本课题使用的地杂波来说，可Ｗ采用统计建模方式对杂波的概率密度函数（ＰＤＦ）、幅度分布和功率谱密度函数（ＰＳＤ）等随机过程模拟［２６］－［２７］。对于常规脉冲雷达来说，波束分时刻到达目标区域，某一时刻雷达的回波为距离的反射信号，杂波的横截面积为单个分辨单元，因此可Ｗ用点目标来模拟杂波区域信号。而本课题采用线性调频信号，线性调频信号为典型的脉冲压缩扩频信号，雷达分辨率更高，此时的杂波区域为面目标模型，不可用点目标模型，如图２－５。此时，某时刻（某距离波口）的信号是多个分辨单元的叠加。波束入射角较小（地面雷达）的情况＝７＞线性调频信号可レッ看成Ｗｃ个子波束组成：、３、杂波建模由前面对线性调频信号的杂波模型分析，可得单个杂波单元的回波信号：２．４．４杂波仿真分析１、ＺＭＮＬ产生幅度调制序 AJ(n）采用杂波统计模型模拟杂波的关键就是产生满足恃定要求的杂波调制序列。本课题采用地面雷达，可用高斯分布和Ｗｅ化ｕｌｌ分布分别作为杂波序列的谱分布和幅度分布。产生杂波序列的方法可用零记忆非线性变换法（ＺＭＮＬ）。此处ＺＭＮＬ的基本思路就是用相关的局斯序列得到相关的Ｗｅｉｂｕｌｌ序列。杂波功率谱满足高斯分布，其概率密度亟数为：图２－６是ＺＭＮＬ方法来产生随机序列示意图：仿真结果如下，图２－７和图２－８分别为单个杂波单元时域和频域回波，图２－９和图２－１０分别为ＴＶｃ个杂波单元时域和频域回波的叠加，可Ｗ看到相比单个杂波单元，多个杂波单元叠加后在幅值上增强，仿真场景选取本课题应用场景，假设雷达天线架设在高６０ｍ的铁塔上，架设铁塔距离铁轨５０ｍ，仿真结果为距离铁轨１００ｍ￣２００ｍ处的杂波回波。２．５本章小结线性调频连续波雷达由于结构简单、成本较低，可大量铺设于铁路沿线，进行环境监测。且连续波体制的雷达可通过发射连续波发现目标，对目标进行测距测速，满足本文高铁探测的需求。本章分析介绍了线性调频连续波雷达的结构和回波雷达回波信号处理流程。角波为例，对回波差拍信号的分析，从公式上解释了线性调频连续波雷达测距测速的原理。最后，分别对雷达点目标回波，噪声，杂波进行模拟。并用零记忆非线性变换方法（ＺＭＮＬ）仿真分析了高铁场景下的雷达杂波回波。上述分析为后面章节目标检测算法的设计与分析奠定相应的理论基础。购线网www.gooxian.com 专业定制各类测试线（同轴线、香蕉头测试线，低噪线等）。 0
2018-3-23 11:06:08　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 线性调频连续波雷达工作原理及特点 60 • 什么是调频连续波雷达物位计 4553 • 浅谈调频连续波雷达物位计 1088 • 关于调频连续波雷达芯片的性能分析和介绍 4714 • 北斗雷达形变可视化监测系统\|干涉测量威廉希尔官方网站 \|线性调频连续波 687 • 高频连续调频波雷达物位计的简介 2226 • 调频连续波激光雷达威廉希尔官方网站的前景及面临的难题 10891 • 连续混沌调频雷达信号分析 19 • 调频连续波雷达与普通脉冲雷达的区别 7876 • 脉冲雷达和调频连续波雷达的区别 7548