（信号与信息处理专业论文）防撞雷达关键技术研究.pdf

电子科技犬学硬士学位论文 摘要 藏攘雷这，茏其麓堪寒滚茨撞爨这，是运霉寒发装缀迅速的一令疆究领域， 其应用范围十分广泛。然而，由于黧工作环境恶劣，防撞雷达筒临难欧冲制礤 声干扰和多目标识别阑难等问题。为此，论文对防撞雷达的多豳标问题、l f m ( l i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t e d ) 信号鲍调频非线性发问题、噪声予扰抑制、扩频 技术瘦瓣等方瑟幸挈了疆宠。论文撬爨了一些囊瓣方法，一定疆发上解决了淤攘 雷达的多目标问题，增强了对噪声干扰的抑制熊力；为开展防擒雷达的研制工 作提供了理论基础。论文的主要工作和创新之处集中在以下几个方面： 1 ，瓣嚣i 赛撞鬟迭豹数学建援。 论文分析和总结了防撞雷达的发展现状，建立了防撞雷达系统的数学模 型；分析指出了调频信号的非线性度影响、多目标识别困难和对噪声的抑制能 力不足是制约防撞霈迭发展的关键技术。 2 研究了一种糍线性度、舔聚散宽帝l f m 雷达波形痞弩的实现方法。 论文分析指出了传统的线性调频信号实现方法存在不足，为此，论文研究 了一种旗子三重调节簿法利用d d s 实现高线性鹰、低杂散宽带l f m 防撞鬻 这壤譬戆方寨；理谂分褥窝实验缭荣表瑗，杂散毫学位于一7 0 d b c ，辐臻擐标毯 于一1 0 0 d b c h z l k h z 。由于防撞雷达对信号的调频线性度要求极为苛刻，为此， 论文研究了一种基于d d s 在回波信号中进行实时非线性度修胝的简易方法。 3 提出了张黻周期靛对称三角形l f m 黉达波形信号。 论文分析了蠢前游撞雷达所采爝的锯齿形、辩称三焦形、多波形、多频段 等常用波形信号的性能和特点，指出了其存在的主要问题；为此，论文提出了 张避擞变周期的对称三角形l f m 辫达波形信号e 理论分析酾仿真结果表明， 这是一静簿决茨攘嚣这豹多嚣耘润蘧豹奏效方淤，劳霹戳霹瓣键毫i l 离分辨力 和速度分辨力。 4 提出了一种新分数阶f o u r i e r 变换。 麸鞠波痿号孛遴露多嚣标售号分褰窝提取娥终莛蒎攮雪达豹个关键技零 难点。传统的傅氏变换方法已经秃法实现对多醚标信号的有效分离，也无法实 现对噪声的可靠抑制；如果采用时频分布又将无法抑制交叉项影响。所以，论 毫子辩援大学硕士学位论文 文疆究了对交叉顼有较好麴裁毙力静分数除f o u r i e r 变换，豢出了英存在诗冀 复杂度较大，并且容荔出现伪蜂等游题。为此，论文提出了一种新分数阶 f o u r i e r 变换( 本论文简称h r f p f t , n e w f r a c t i o n a lf o u r i e rt r a n f o r m ) 。理论分析与仿 真结果袭明该n f r f t 楚一秘分离多分量l f m 信号葶捉抑制交叉项影响的有效 方法，爨露较大豹臻越链；大大辫繇7 计算复杂发，疆毒了蚕禄分辨能力，瓣 决了交叉项干扰问题。 5 研究了扩频技术在防撞雷达中的应用。 论文磷究 扩叛技朱在藏撞雷达巾豹痤羯，讨论了翔旁针对貔撞霉这这一 特定的鹿用领域，结念嚣达的发射债弩形式，将扩颛技术有机地融合到系统设 计、信号处理和目标枪测算法中去，从而发挥其围有的优势等相关问题。取得 了一些实用的结果，对在防撞雷达中刺用扩频技术其有一定的攒导意义。 关穗溺：茨蓬零这，势数玲f o u r i e r 交巍，掇戮谨，l f m ，多鋈标瓣蘧， 干扰抑制，扩频技术 i i 皇兰型垫- 大堂堡主兰垡笙塞 a b s t r a c t c o l l i s i o na v o i d a n c er a d a r , e s p e c i a l l ym i l l i m e t e r - w a v ec o l l i s i o na v o i d a n c er a d a r , i s a t e c h n i q u ef i e l d t h a td e v e l o p i n gi t s e l fv e r yf a s ta tt h ep r e s e n tt i m ei th a sac o m p r e h e n s i v e a p p l i e dr a n g e a l o n gw i t hi n c r e a s i n gd e t e r i o r a t i o no fo p e r a t i o n a lc i r c u m s t a n c e s ，i tb e c o m e s m o r ea n dm o r ei m p o r t a n ta n dd i 衔c u l tt os o l y et h em u l t i o b j e c tp r o b l e m sa n dr e s t r a i nt h en o i s e i n t e r f e r e n c e s t h e r e f o r e ，t h en o b - l i n e a r i t y o f l f m ( 1 i n e a rf r e q u e n c ym o d u l a t e d ) ，t h e m u l t i o b j e c tp r o b l e m s ，t h en o i s ei n t e r f e r e n c e sr e s t r a i n i n ga n dt h es p r e a ds p e c t r u mt e o h n i q u e a r es t u d i e di ot h i sd i s s e r t a t i o n s o m en e wm e t h o d sa r ep r e s e n t e d ，w h i c hc o u l ds o l v et h e m u l t i o b j e c tp r o b l e m sa n dr e s t r a i nt h en o i s ei n t e r f e r e n c e si ns o m ed e g r e e ，a n dc o u l dp r o v i d e a c a d e m i cb a s i cf o rd e v e l o p i n gt h ec o l l i s i o na v o i d a n c er a d a r t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i s d i s s e r t a t i o nc o n c e n t r a t ei naf e w a s p e c t sa sf o l l o w s 1 t h em a t h e m a t i c a lm o d e l i n go f t h ec o l l i s i o na v o i d a n c er a d a t j sa c c o m p l i s h e d c o l l i s i o na v o i d a n c er a d a rp i v o t a l t e c h n i q u e s a n dh ss t a t u si n q u o i s d i s c u s s e d ，t h e m a t h e m a t i c a lm o d e l i n go ft h ec o l l i s i o na v o i d a n c er a d a rh a sb e e na c h i e v e d t h er e a l i t yo f h i g h l i n e a r i t y l f ms i g n a l ，s o l v i n g m u l t i - o b j e c tp r o b l e m s a n d r e s t r a i n i n g t h en o i s e i n t e r f e r e n c e sa r ei t sk e yt e c h n i q u e sa r ep o i n t e do u t 2 an e wm e t h o dt op r o d u c eh i g h - l i n e a r , l o w - s p u r i o u sa n dw i d e b a n dl f m r a d a rw a v e s i g n a li sp r o p o s e d b a s e do na n a l y z i n gt h a tt h e r ea r ed i s a d v a n t a g et oi m p l e m e n tl f m s i g n a lb yt r a d i t i o n a l m e t h o d s ，an e wm e t h o db a s e do nt r i p l et u n e da l g o r i t h mt oa c h i e v eh i g h - l i n e a r l o w - s p u r i o u s a n dw i d e - b a n dl f mr a d a rw a v es i g n a lw i t hd d si so b t a i n e d t h e o r e r i c a la n de x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h es p u r i o u s1 e v e l i sb e l o w 7 0 d b ca n dt h ep h a s e - n o i s el e v e li sb e t t e rt h a n - 1 0 0 d b c h z l k h z ar e a l t i m e l yn o n - l i n e a r i t ye m e n d a t i n g m e t h o di nt h ee c h o so f r a d a rb a s e d o nd d si sd i s c u s s e d t h er e a s o ni st h a tt h er e q u i r e m e n to f t h er a d a rl f m l i n e a r i t yi sm o r e a n d m o r e h i 【g h 3an e wt r a n s f o r m a b l ep e r i o d sa n ds y m m e t r i c a ll f mr a d a rw a v e s i g n a li sp r e s e n t e d t h eg e n e r a lc o l l i s i o na v o i d a n c er a d a rw a v es i g n a l s ，s u c ha ss a w w o o t hw a v es i g n a l ， s y m m e t r i c a lt r i a n g l ew a v es i g n a l ，m u l t i - w a v es i g n a la n dm u l t i - f r e q u e n e ys i g n a l ，a r ed i s c u s s e d ， a n dt h e i r ss h o r t c o m i n g sa r ep o i n t e do u t an e wt r a n s f o r m a b l ep e r i o d sa n ds y m m e t r i c a ll f m r a d a rw a v es i g n a lh a sb e e np r o p o s e dt o s i m u l t a n e o u s l yi m p r o v em e a s u r i n gp r e c i s i o n o f d i s t a n c ea n dv e l o c i t yo ft h eo b j e c tb a s e do nt h et w o s t e ps t r e t c hp r o c e s s i n gm e t h o d ，t h e o r e t i c d e r i v a t i o ns h o w st h a tb yu s i n gt h i sm e t h o dt h em u l t i - o b j e c tp r o b l e m sm a yb es o l v e di ns o m e d e g r e e 4 an e wf r a c t i o n a lf o u r i e rt r a n s f o r mi sp r e s e n t e d i ti sm o r ed i f f i c u l tt oe s t i m a t ea n ds e p a r a t el f ma sar e s u l to ft h ea p p e a r a n c eo f m u l t i o b j e c ta n dt h ea p p l y i n go fm u l t i - l f mr a d a rw a v es i g n a l i tc o u l d n td e t e c tv a l i d l yt h e m u l t i o b j e c ts i g n a la n dr e t r a l nt h en o i s ei n t e r f e r e n c e sb yu s i n gt h ec l a s s i cf o u r i e rt r a n s f o r m o nt h eo t h e rh a n d ，i fu s i n gt h et i m e f e r e q u e n c yd i s t r i b u t i n gt o o l s ，i tw i l lb ed i f f i c u l tt or e t r a i n t h ec r o s s t e r mp o w e r , t h e r e f o r e ，t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ef r a c t i o n a lf o u r i e rt r a n s f o r m i i i 毫子辩授大学矮学捷论文 霍瓤，p o i m so u t 氆鑫圭i t se a e u l a t i n g g 磷耙8 铝a n d 羹妞髓霉轴o 鞋af a k e 嚣巍v a l u e 。 曩黜毒融魏矗n e wf r a c t i o n 鲢f o u r i e rt r 繇s f o r m ( n 舅 f 秘 s 豁e 辩n 耗d 箍t h i sd i s s e l m d o m 持y u s i n gt h i sa f ! i t h r o s t l et os e p a r a t em u l t i - l f ms i g n a lf o rc o l l i s i o na v o i d a n c er a d a r , i tc o u l dw i p e o f ft h e 黼糟s si t e ma n do v e r c o m et h es h o r t c o m i n go fa d o p 矗n gt h ec l a s s i c a lf r f t 袖e s i m u l a t i 蝴r e 髓l 鬏sd o m o 黼t r a t et h a tt h i sm e t h o d 粥p r o p o s e dp a v e sb e t t e rp e r f o r m a n c ea n d 趣舞# # 酶b l 建娃s p e e d t h a no t h e r g e n e r n l m e t h o d s ， s + t h e a p p l i c a t i o n sa fs p r e a ds p e c m r r at e e l m i q u o ai ne o 魏i o na v o i d a n c er a d a ra l e i n v e s t i g a t e d 确e s p r e a ds p e c t r u mt e c h n i q u e s 黼p r o p o s e d t oa p p 玲避c o l l i s i o na v o i d a n c er a d a ri n 娜s d i s s e r t a t i o n 酶r t ou t i l i z e t h e 赫意s 醒l 龋a v o i d a n c er a d a r - ，；v f f v es i g n 鲑。a n dc o m b h i e i t 妇培s y s t e a nd e s i g n i n g , s 酾鑫ip r o c e s s i n ga n do b j e e 嚣d e t e c t i n g , a r ed i s c u s s e d s o m ep r a c t i c a l r e s u l t s 转o b t a i n e d ti tc o u l dp r o v i d eg u i d a n c et o a d o p t i n gs p r e a ds p e e m u nt e c h n i q u e s i n c o l l i s i o na v o i d a r i c er a d a n k e y w o r d ：c o l l i s i o n a v o i d a n c er a d a r , f r a c t i o n a lf o u r i e rt r a n s f o r m l f m , n f r f t m u l t i w 畦嗽i h i t e r f e r e n c e sr e s t r a i n i n g ，s p r e a d s p e c 姚m t e c h n i q u e 电子辩接大学联士学位论文 箍翅萑声麓 本人声明所壁交的学位论文是本人掘导师指导下进行的研究工作溆 取得的研究成聚。据我所知，除了文中特剐加以标注和致谢的地方外。 谚文孛不趣含菸能夫已经发袭蠛撰写过瓣赞究或暴，也不毽含巍获褥电 子辩技大学或其它敦。窘瓤祷瀚攀链或谖书褥健薅建戆穗辩。与袭一阏工 体的同恚对本斩究所儆的任俺贡献均已在论文中作了萌确的说明并表示 谢意。 熬名：坠叁邀嚣黧：2 0 0 4 年1 2 胃3 l 霹 关于论文使用授权的说明 零学整谚文撵者完垒了簿卺子鹈技大学骞关舔整、使焉学挺论 文的规定，有权保留并向国浆有关部门溅机构送交论文的复印件和 磁盘，凫诲谂文被鲞羹器螫瓣。零天授权惑子辩技大学冒激将学槛 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印蠛握接等复制手段保存、汇编学僦论文。 ( 保密盼学位论文在髂密后应遵守诧规定) 签名；巡 n 皂子辩技走学磺士学位论文 主要缭笃簿号索弓l 表 1i t 8 i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m 2 l f m c w - 一l i n e a r f r e q u e n c y m o d u h t e d c o n t i r t n o u s w a v e 3 。辩昏一一l i n e a rf r e q u e n c ym o d u l a t a d 4 f r f t _ 一一- f f a c t i o n a lf o u r i e rt m a s f 。m 5 d d s * - - - - - - d i r e c td i g i t a ls y n t h e s i z e r 6 n f 辩譬摹一一- n e w f r a c f i o r n 3 1 i ：o u r i e r t r a 出c r m 7 p l b 一- - p h a z el o c k e dl o o p 8 c w - u 一一c o n t i n u o u sw a v e 9 搿0 一- f r e q u e n c ys h i f t k e y 1 0 。p s 鼯一p es h i r k e y 1 1 w v d 一一- w i n g e rv i i l e d i s t r i b u t i o n 1 2 s p w v d 一- s m e o t h p s e u d o w v d 1 3 m u s i c - 一- - - m u l t i p l es i g n a lc l a s f i c m i o n 1 4 + d o a 一- d 抒e c t i n l lo f a r r i v a l 1 5 f h - f r e q u e n c yh o p p i n g 1 6 d s s s - 一一- d i r e e l e ds e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m 1 7 t m m i c 一- - m o n o l i t h i cm i c r o w a v ei n t e g r a t e dc i r c u i t 电子科技大学硕士学位论文 第1 章绪论 随汽车的日益大众化，交通事故和交通堵塞等问题越来越引起重视。这些 问题的解决不能仅仅靠扩建道路，因此出现了旨在提高现有道路利用率，发挥 道路交通潜能，全面提高汽车运行的便捷性和安全性的智能交通系统 i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m ) p , 2 1 。智能化将是未来汽车电子发展的一 个重要方向。据统计，在所有的道路交通事故中，因车辆碰撞所占比例很大， 约占9 0 。若司机能提前l 至2 秒意识到事故危险，并采取相应正确的措施， 则绝大多数的交通事故是可以避免的。因此，研制开发车用防撞预警系统等智 能防撞技术，减少司机的负担和判断错误，对于提高交通安全、降低恶性交通 事故的发生率，减少生命财产损失将起到重要作用。防撞雷达如此显著的作用， 极大地激发了国内外对于汽车自适应防撞技术的研究兴趣。 本章1 1 节简要追溯防撞雷达研究的发展历程，以及国内外关于防撞雷达 的研究进展情况；1 2 节介绍了防撞雷达主要的应用领域，讨论了研制防撞雷 达的必要性和可能性；l _ 3 节讨论了目前防撞雷达研究尚存在的关键技术难 题，对防撞雷达的发展趋势进行了预测和展望，为本论文所要进行的研究起到 了方向性指导作用；1 4 节对论文的结构和章节安排做了介绍；1 5 节指出了 本论文所完成的主要工作或取得的主要创新点。 1 1 防撞雷达的发展追溯 国际上对于汽车防撞系统的研究始于2 0 也 始。年代，研究主要在以德国、 美国和日本为代表的主要发达国家展开，从时间上大致可分为两个阶段：第一 阶段( 6 0 年代一7 0 年代末期) ，由于器件集成水平低，系统硬件成本高，对于 防撞系统的性能要求没有客观的标准，因而各国研制出的样机应用效果差；第 二阶段( 8 0 年代至今) ，随微波理论及其器件集成技术的高度发展，以及微处 理器的广泛应用，汽车自适应防撞系统的研制成为可能；再加上各国i t s 计划 的全面启动，对于汽车防撞系统的性能要求也形成共识。 目前，国外已经有了一些研究成果，如美国公共交通管理局研制的一种 3 6 g h z 汽车防撞雷达系统，当发现前方3 0 4 5 米出有障碍物时可自动刹车。日 本研制的一种6 0 g h z 脉冲多普勒体制汽车防撞雷达系统，作用距离5 1 5 0 米。 丰田汽车公司使用毫米波雷达和摄像机对前后车距进行动态监测，车距小于阀 值时就发出警报。本田公司使用扇形激光束来扫描雷达传感器，即使在弯道行 电子辩技大学碛士学位论文 驶也季戳簸t 镤l 兹嚣车辆秘跨碍浆戆蹶壤。整界各藿联磺翻跨撞霉遮撵巍鼹毙懿 表1 1 所示”。 问世工作调制方式波束个天线炎溅研制者 时间频率 数( n 。) 1 9 7 01 6 g h o双频连续渡采公布未公稚b e n d i x 1 9 7 2i o g h z调频连续波1 2 喇叭r c a ( u s a ) 1 9 7 43 2 g h z 调频连续波束公布未公布l u c a s 1 9 7 43 4 g h z脉冲( i o n s )l2 抛物掰t e l e f e n k e n 1 9 7 51 6 镶z 调羧连续渡泰公毒来公毒 s 嚣毛 1 9 7 65 0 g h z脉冲( 1 0 n s )l2 抛物筒t e l e f e n k e n 1 9 7 73 6 g h z 双频连续波束公布未公布b e n d i x 1 9 7 83 5 g h z 调频连续波 12 抛物蕊s e l 1 9 7 8z 唾g 珏z 躲、糖l寒公农 n i s s a n ( j a b ) 1 9 8 0s o g h z调频连续渡来公布未公稚 t o y o t a 1 9 8 26 0 g h z 脉冲一调频束公布n r d g u i d en i s s a n ( i a p ) 1 9 8 89 4 g h z 调频连续波束公布低成本混台技术p h i i i p s 1 9 9 03 8 5 g h z非拍参爨冲来公布未公布s 凇 1 9 9 09 绢跫。 来公蛮来公奄准光学u n i v d el i l l e 1 9 9 17 7 g h z调频连续波l 金属一熟料一波导p h i l i p s 1 9 9 26 0 g h z 调频连续波 1未公椭 f u j i t s u 1 9 9 29 4 g h z调频连续波lm 【m c t r w ( u s a ) 1 9 9 27 7 g h z 调鞭连续波束公毒准光学g e c - p l e s s e y 1 9 9 27 7 g b z福参脉冲束公布n 田镰ct e m i c d a s a 1 9 9 32 4 g h z调颇连续波1 2 插件天线e a t o nv o r a d g r e y h d ( u s a ) 1 9 9 37 6 ，5 g h z 脉 申调频连续束公布来公张m i l l i t e c h 波 1 9 9 36 0 g h z赫冲l未公布 n i s s a n ( j a p ) 1 9 9 36 0 g h z 伪碣调相( p s k )4 ( 8 )5 矩形喇叭+t u - m u n i c h e n 介质遴镜 1 9 9 47 7 g 珏z 调频连续波 5 未公糍 p l e s s e y ( 隧) 1 9 9 46 0 g h z 调频连续波涞公毒n l l d g u i d eh i n om o t o r s 1 9 9 47 7 g h z 频率扫描洙公布未公布 p h i l i p s 1 9 9 57 7 g h z 束公布 3 未公稚毗1 1 i t e c h 1 9 9 57 7 g h z调频连续波3 f r e s n e t 透镜d a i i m e l e r 3 爨数b e n z a e r o s p a c e 1 9 9 57 7 g h z脉冲3 f r e s n e l 透镜d o r n i e r 1 9 9 57 7 g h z 调绷连续波 l3 晾0 叭t u 怫r a u n s c h w e 2 电子科授大学硕士学往论文 i n g 1 9 9 57 7 g h z诵壤连续渡橇械扫c a s s e g r a i n 天线c e l s i u s ( s w e ) 描 1 9 9 57 7 g h z调频连续波未公布m i m ch i t ( i s r a e l 1 9 9 57 7 g h z调频连续波3n i m c r a y t h e o n ( u s a ) 1 9 9 57 7 g 珏z 调频连续渡 34 静粼c st h o m s o n c s f ( f r a n c e ) 1 9 9 57 7 g h z频移健控( f s k )未公布束公布e a t o nv o r a d g r e y h d ( u s a ) 1 9 9 53 5 g h z蠛声调频l2 抛物嚣a c a d k h a k o v ( u k a i n e ) i 9 9 57 7 g h z调频连续波未公布未公布h em i c r o w a v e 1 9 9 67 7 g h z 扩频编码朱公布未公布 f u r u k a w a e l e c t r i c 1 9 9 67 7 g h z诵频连续渡来公布来公布 f u j i t s u n 鞭示波束数目 裁1 1 世界备辫掰研制防撞雷达样机对比 黼内利用红拜健感嚣来监铡擎距并鑫动报警和刹车静防攘系统已经在串 科大取得了成功。山东大学、南京理工大学、电子科技大学和国防科大等大学 也分别对连续波调频体制雷达和鬻达后期信号的功率谱估计缚方面进行了较 灸深入熬研究。餐蹩，逶过鸯数琴多戆文靛瓷耱 1 , - l 6 ，惑傣上谤，我国慰汽 车防攮雷达的研究尚处于起步阶段，还有许多问题值得深入的研究和探讨。 1 2 防撞雷达的主要应用领域 瓣蓠受了舞决天气恶劣壤嚣下戆安全阕嚣，一般幕爱尽鬟辩绦车速甚至荚 闭高速公路方法，赋而易见，这样严重影响了国民经济的快速发展。车用测距 雷达昂在几年前就融问世，它们般使用激光绒红外线测距技术，但遇到下雨 或大雾等较差条传，囊于激光或级外线豹穿逶黪力嚣，导致嚣法使用；焉豢米 波雷达的直线穿透能力强，尼乎举受气候条许瓣影晌。鹭蘸，敬美厂商正强生 产的率用测距雷达般采用2 4 g 的电磁波，近两年内在美国市场已出售了约一 万套这样的产品，职本邮政省于1 9 9 5 年发布了商关车用测距精达产品的法规。 基立公司是蘩一家磺翻或功车矮怒滚滚霉这势遮戮实焉弛魏厂亵，与蓝嚣瓣， 英国卢卡斯。伟力遮公司和法国汤姆森公司也疯布研制成功率用毫米波霉遮， 据介绍，该产品可以应用在汽车保险杠或水箱灏罩，发射功率小于l o m w 能够 毫子辩技大学磺士学位论文 搽测魏方1 5 0 张静车辍，嚣车撩对遮发冀1 6 0 于米4 , 辩。 车用旗米波雷达愚摊高汽车安全性的关键性技术之一，同时也是智能交通 系统的萤瓣组成部分。如果将其同发幼机及制动控制系统等相络台，组成车辆 自动限遮漩置，就能够炭现汽车自动驾驶。为了减少甚至避免交通事故的发生， 嚣内终氐经开始霹毫米波茨擅霍这系统迸程了疆究，这是因尧毫寒波兹蒋经绦 证了它能够适应恶劣的气候条件，如程能见度比较低的雨雾等天气条件下激 光和超声波等方式不能正常工作，毫米波雷达则不念受到影响，而且毫米波雷 达的天线也不会因先获曩兰等污染两产生较大豹误熬。 园毖，为了解决交通安全，挺高运输能力，积极歼发汽车防攮投术其有重要 现实意义和广阔市场前景。 1 3 防撞雷达面临的挑战问题 正鲰宥人p 4 l 戏言；“防撞雷达悬简单原理和高技术的结合，只是一个系统 硬件实现上的问题”。事实并非如此，要做一套防攮雷达系统，让它对每一次 探测到的物体捧出反墩不成阗题，假设它仅对那些对车辆形成潜在威胁的目标 佟窭反寝楚缀困难戆。闲魏，务了绦滚防獾嚣这系统性髓往莛、可靠往离，在 雷达的工作体制选择、发射波形设计、目标检测算法、天线测角方案选择、电 磁干扰抑制等诸多技术理论领域都有许多值得深入研究的问题。仅就防撞雷达 售号豹处理方嚣，爨攮霉达圭要嚣旗娃下死个难题： 第一，传统的l f m c w ( l i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t e d c o n t i n u o u s w a v e ) 用 于防撞臀达存在问题，而且测量多目标困难。如欲采用传统l f m c w 体制雷 达测量多个目标，必须采用大量的滤波器和频率计数器“7 】；它爱受调频线性 度懿影噙，要想在窄辣狰内实嚣超蠢露线洼调频琴楚一馋容荔豹攀，这主要是 因为要获得与发射带宽所提供的理论分辨率相差不多的距离分辨率，对脉内扫 频线性的要求非常苛剡，要求采用非常复杂的闭环线性化电路来进行校正 8 8 ”。努一方萄，麦予貔撞重达是避鞭离应用，对鼹离分辨率豹袋采稳当嘉， 相应地也裁对调频线髓度提出了更商孵要求。因藏，宥必要对传统的l f m c w 体制防摭臀达进行改进，研究新的臀选信号波形；商必要对雷达信号的非线性 影响及其相关的校正搜术展开研究。 第二，茨撞霉达蕊戳解凌壹多强称葶l 起瓣纛警溺送。峦予秘攘雷达熬工佟 环境一般比较恶劣，廉警的产生可自& 源于多种因素。以汽车防j 蠹雷达为例，邻 近车道的率辆、车道间的护栏，路旁的树木和各种标示牌，以及空中和远处的 电子科技大学硕士学往论文 建筑等貔体都会黠震这系绞形或予撬、导致爨攘鬟遮彝霭规发漤锩误警摄。簇 以，如何获得可以接鼹的低虚警率直是汽车防趱雷达理论研究中的重点和难 点。此外，弯道和道路斜坡情况下如何正确地检测出前方危险目标也是研制汽 车防攮臀达必须考虑的问题。为此，国内外的学者 2 0 , 2 1j 基本上i 盎戚共识：一方 覆，簧袋防撞霉这登缕具备测囊戆力，嚣标靛方囊舞痿意对溃除寝警是必不霹 少的；鹦方面，设计出易于产擞鱼抗干扰性强的雷达发射信号，配合以实时 高效的信号处理和目标检测算法，以消除虚警。然而，我们只肖将只有以上两 点紧密缝会起来，才髓保证汽车爨攘雷达工 乍的可靠性。因此，毖须研究骢攘 雷达的多蠢标闰嚣。 第三，防撞雷达阐波信号的多分量l f m ( l i n e a rf r e q u e n c ym o d u l a t e d ) 分 离存在困难。近年来，为了抑制和减少雷达的多目标干扰和虚警问题，广泛澈 薅秘等l 入多努量l f m 信号波形辩l 。鸯魏，l f m 信号豹羧涎鞠参数绩诗戒梵 一个被广泛关注的问题【2 孙。尽管闼内外学者已经提出了一数处理方法，诸如 w i g n e r - v i l l e 变换、r a d o n w i g n e r 变换【2 5 j 、离散碉鸠变换和c h i r p l e t 变 换【2 7 1 等。然两，在窍多分量信号狂在时，时频分毒中交叉顼熊出琨，却严麓 影响了信号对交谱簸律的可分辨零释霹解释毪。籀割交叉项，直是簿颓分稚 研究领域中一个棘簪的问题，也怒时频分布得以广泛应用于备信号处理领域所 要克服的困难。因此，多分量l f m 信号的检测和参数估计仍然是一个没有解 决弱麓戆。霆鼗，舒瓣多势量l f m 售号，毒螫簧瑷究翔 霉籀涮多努量绞浚调 频信号时频分布中交叉项的问题，以期待获得鼹有高时频分辨率的时频缩粜。 第四，防撞雷选的干扰抑制面临困难。在臀迭的实际应用中，有用信号往 往被蔡些系统所畸变，淘时又混爨鸯各类噪声。遮藏霉要一令嵇计算子对溅测 值避行倍计，醵尽豢减小畸变葙嗓声鹣影响。蠢裁，信号静滤波是一个非鬻广 阔的研究领域，o z a k t a sh m 等人【2 b j 讨论了程分数阶f u o f i e r 变换( f r f t ， f r a c t i o n a l f o u r i e r t r a n s f o r m ) 域上利用时变算予实现卷积、乘法滤波器和多路 复曩数潺况。这些都滋鞠了f r f t 域戆滤波巍够窝砖笺薅氐域懿滤波一缮霄 效，考虑到传统傅氏变换只是f r f t 的自变换，f r f t 域的滤波应该具有煎好 的普通性。防撞雷达或其它体制需达的基本功能，可以归结为估计和反演凭线 电信鸯的发射源方德。目前已有多搴申技术体制，包括各神传统测向体制和空间 谱绩计与蓟这爵茇等耪溺蠢俸翻簿，僵在弱一辩阉、嗣一空阏、阉一鞭率上窭 现多个辐射源的情况将大量出现，在这种情况下，大部分传统体制的测向设备 将不能分辨出多个相邻很近的辐射源，所以对翻标信号辐射灏方向的获取，遇 电子辩技大学硕士学往论文 到了许多嚣难。爱戴，糍毖要嚣震巍翡潜售诗方嚣熬骚究工圣筝，麓爨l 窒霍达豹 普遍应用奠定基础。 第五，有必要开展新体制防撞雷达的研究工作。由于大雾或雨水对高频电 磁波的吸牧母# 用，防撞霸达接收到的髓抵回波信号聪撵测距离的增如两严重衰 减，一定簇离后的雷达鞠渡信号菲露徽弱，淹没在襟声中，敌酱遂的蚕这搽铡 距离有限。降低防撞雷达发射频率最然可以减少爨水对电磁波的吸收，但付出 的代价慰雷达的天线尺寸增加，雷达的机动性降低，雷达的造价也会大幅度提 毫。增加嚣达的发射功攀虽然有助予增趣霉这戆有效探测距离，懿雷达豹发隽季 功率提离也是有限的。箍且，雷达静发射功率提离羽一定程度矮，雷达有效搽 测距离并光明显改善州。近年来得到迅速发展的扩频通信系统舆有很强的抗 干扰能力和低功率谱密度条件下的工作特点，因掰得到了广泛的应用 3 0 - 3 2 j 。 霾蘧，蠢爨要将扩频羧零瘟翅羁貔攘嚣达孛。其炭，9 0 年我惹籁菝寒，已经 有研究糟进行了基于扩频体制的防摭雷达的理论研究。文献 3 3 l 从信号的循环 平稳特性出发，分析丁跳频扩频信母优良的低截获性能。文献_ _ 3 4 】更进一步地 讨论了夜餐交通环境中，跳频技拳髑予翔割汽车防撞雷达孛交叉于撬鲍优越 往，僮没脊结合任褥蒸体的雷达发辩信号形式，也没有讨论车辆强标翡检测闯 题。y h a n a d a 3 5 】和a w i d o d o 3 6 j 等k 3 7 , 3 8 l 也研究了扩频技术用予汽车防撞雷达 进行干扰对消和多目标检测。虽然扩频技术的理论焐成熟的，但如何针对防撞 霉这邃一特定戆盛臻镁壤，绩会霉达豹发射壤号形式，将扩频鼓零有掇篷融合 到系统设计、信号处理和目标检测算法中去，从而发挥其国有的优势，则是使 得我们搬研究的工作。 l 。4 论文的结构翻糍苇安排 第l 章，绪论。本章主蘩介绍了防撞鬻达目前的研究现状，指出了研制防撞雷 达的必要性和w 能性，讨论t 目前防撞雷达所面临的主龆关键技术难 鼹；为本论文掰螫进行的研究方超起到了搬母性非用。 第2 章，陡撞雷达静数举建模。本章究成了防撞霉遮的数学模爨，得戮了调频 线性度与防撞臀达分辨率之间的关系式，井就防撞雷达的波形选择、频 工作频率和存谯的相关问题作了分析和讨论；指出了调频信号的非线性 菠建裁绞茨撞霉迭注麓撵赢熬关键瑟在。 第3 章，商线性度宽带l f m 信号源的实现方法。针对第2 章得出的调频线性度 与防撞雷达测躐精度之间的必系式，本章比较了各种l f m 信号源的产 电子科技大学硕士学位论文 生方法的特点，研究了一种采用基于d d s ( d i r e c t d i g i t a ls y n t h e s i z e r ) 的三重调节算法( t r i p l e t u n e d a l g o r i t h m ) 3 9 j 的信号合成方法的优越性。 并介绍了一种基于d d s 的在信号处理器中对回波信号进行实时线性度 校正的简洁的方案，可以极大地提高调频线性度，降低高线性度信号源 的实现难度。 第4 章，防撞雷达多目标问题的分析与解决。本章是本论文的一个重点，首先 分析一种具有代表性的变斜率正负步进f m c w 信号，以及变周期 l f m c w 雷达信号的特点；作者综合这两种信号的优点，借鉴二次伸缩 处理的思想，提出了一种变周期对称三角波f m c w 信号，详细分析了 这种信号的优越性，并讨论了基于二次伸缩处理的实现思路；并在第3 章的基础上，研究了一种基于d d s 的高线性度、低杂散宽带l f m 防 撞雷达信号的实现方案。 第5 章，多分量l f m 信号的分离提取和参数估计。本章是论文的又一个重点， 论文第4 章分析指出，为了解决防撞雷达的多目标问题，很有必要采用 多分量l f m 防撞雷达信号：这自然就出现了多分量l f m 的分离提取 和参数估计问题。因此，本章主要针对多分量l f m 信号，着重探讨如 何抑制多分量线性调频信号时频分布中交叉项的干扰问题。利用本文作 者提出的一种新分数阶f o u r i e r 变换( n 1 7 r f t ，n e wf r a c t i o n a lf o u r i e r t r a n f o r m ) ，对多分量l f m 信号进行分析。解决了交叉项干扰问题，提 高了对目标的分辨能力，大大降低了计算复杂度；仿真结果表明该变换 是一种有效方法。 第6 章，防撞雷达技术发展的展望。本章对防撞雷达技术的发展作了展望，讨 论了将扩频技术应用到防撞雷达中，如何针对防撞雷达这一特定的应用 领域，结合雷达的发射信号形式，将扩频技术有机地融合到系统设计、 信号处理和目标检测算法中去，从而发挥其固有的优势等相关问题。 结束语，归纳总结了本论文的主要工作，对防撞雷达目前所面临的技术挑战问 题作了简要的小结，指出了后续研究工作的方向。 此外，需要特别说明的是，虽然本论文主要是针对防撞雷达关键技术的， 但论文并没将研究工作局限于防撞雷达；因此，论文的部分章节将研究对象或 范围进行了拓展。论文作者相信这些研究对于防撞雷达和其它体制雷达都具有 积极的指导作用。 电子科技大学硕士学俄论文 1 5 论文靛圭凝工作稻嗣耨点 论文的主要工作是防撞管逖的相关关键技术的研究，对防撞雷达的惰母调 鬏j 绒牲度阚题、多墨撂淹嚣耧嗓声干扰