基于多载频调制的雷达波形设计及信号处理方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王伟
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| 答辩日期 | 2021-11-22 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 杜劲松 |
| 关键词 | 连续波雷达 多载频调制 多普勒模糊 MIMO雷达 雷达通信一体化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 检测技术与自动化装置 |
| 其他题名 | Research on Radar Waveform Design and Signal Processing Method Based on Multi-carrier Frequency Modulation |
| 英文摘要 | 近年来，微波集成电路技术的进步推动了毫米波雷达产业进入蓬勃发展时期。毫米波雷达以其全天候工作能力、良好的环境适应性等诸多优势，已成为智能交通、自动驾驶应用领域的主流技术。雷达系统性能与功能，在一定程度上取决于雷达波形。智能交通、自动驾驶等民用领域要求雷达系统满足结构简单、成本低的特质，对波形设计设置了一些约束。归纳起来，当前连续波体制雷达波形设计及相关处理方法的问题主要体现在：以线性调频连续波信号为代表的简单形式连续波信号在多目标情况下不能有效提取距离、速度信息。复杂信号形式的连续波信号或降低测量精度，或提高运算量。因此，研究适用于多目标场景的连续波波形是尚需解决的基础问题。集中式MIMO连续波雷达是提升毫米波雷达性能主要的技术手段，符合雷达技术发展的必然趋势。射频芯片的级联扩展，为集中式MIMO连续波雷达提供了技术可行性。现阶段射频链路的局限性以及集中式阵列的特殊性是MIMO阵列配置及波形设计存在的重要问题。以互联网思维推动智能网联汽车将实现车辆与车辆之间（V2V）的实时通信，信息交换共享成为与主动式感知并行的两种技术途径。雷达和无线通信具有相同的理论基础和系统结构，雷达通信一体化系统是自主式和网联式技术融合的交叉点，探索一种适用于连续波体制下的雷达通信共享信号是面临的核心问题。本文针对上述问题，围绕连续波体制雷达波形设计开展研究，并提出相关的信号模型与处理方法，为新体制雷达的发展提供理论与技术支持，指导面向自动驾驶/智能网联汽车技术应用的毫米波雷达系统设计。本文的主要工作如下：1. 本文以MFSK信号体制为基础，设计了适用于交通运行状态监测的多目标场景雷达。以英飞凌BGT24MR12芯片作为射频收发器。微波组件与微带天线一体化集成，保障射频信号质量。接收信号经过相关处理，通过相位处理进行距离与速度估计。然后将双天线接收到的信号进行干涉比相，求解点迹的方位信息。将点迹信息进行凝聚于跟踪滤波，最终输出结果。试验结果证实了该雷达系统采集车辆速度信息和交通流量信息等交通信息,能够为交通管理部门治理交通拥堵提供支撑。2. 本文针对适用于多目标场景的调频信号序列会引发多普勒模糊问题，提出了一种基于多载频调制的多目标连续波雷达波形，该波形包括两组调频方式相同的互相交错序列，每组调频信号序列存在频移保证对于同一个目标在多普勒频率不同，通过多普勒频率差异求解多普勒模糊。避免其他方式需要用引入的附加相位信息解决多普勒模糊问题，由于相位信息容易受到噪声干扰，导致测量精度降低。通过多目标场景仿真，证实了基于多载频调制的多目标连续波雷达波形能够实现目标距离和速度的测量。3. 本文以线性调频连续波信号为基础，提出多载频集中式MIMO-LFM雷达波形，利用频率步进创造出频分复用条件，信号在同一时刻占用不同频率。根据多载频集中式MIMO雷达波形基于“PLL+VCO”组合的实现方式，每个发射链路由频率控制字实现发射信号参数的控制，产生步进频率的线性调频信号。本文进一步提出了多载频集中式MIMO-MFSK雷达波形的信号模型，并通过仿真证实多载频集中式MIMO-MFSK雷达波形与多载频集中式MIMO-LFM雷达波形具有相似的效果。4. 本文将MFSK信号每个步进频率持续周期作为OFDM信号的符号周期，将步进频率作为OFDM信号相邻两个子载波间的频率间隔，可以认为MFSK信号作为OFDM信号的一种特殊形式。发挥OFDM技术特点，满足MIMO雷达波形正交性要求，将多载频集中式MIMO-MFSK雷达波形发展为OFDM-MIMO雷达通信一体化系统与共享信号。仿真结果证实了该系统能够用于雷达目标检测与通信信息交互，为智能交通的V2I通信、智能网联汽车的V2V通信的实现提供一种解决思路。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 122页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/30065]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_智能检测与装备研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王伟. 基于多载频调制的雷达波形设计及信号处理方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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