（信号与信息处理专业论文）多频连续波雷达回波数据处理软件开发.pdf

摘要 连续波体制雷达由于具有设备简单轻便，发射功率低，测速无模糊的特点， 非常适用于靶场测量等场合。本文的所有工作是以多频连续波靶场测量雷达系统 为背景，为达到提高试验工作效率，充分发挥靶场现有雷达作用的目的，在对靶 场测量雷达视频信号进行采集的基础上，围绕着原始数据处理软件的设计来进行 的。 本文先分析了项目中整个雷达系统结构和测速、测角和测距算法原理：然后 分别介绍了数据采集分系统的软硬件构成并给出了数据采集接口的传输协议，从 而引出了本软件的处理对象即原始数据文件的格式；在此基础上从软件设计的角 度介绍了作者的主要工作即数据分析处理软件系统；最后给出了软件实际运行效 果以及需要改进的地方。 关键字：连续波雷达数据采集数据处理软件v c + + a b s t r a c t t h ec w ( c o n t i n u o u sw a v e ) r a d a rh a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l ee q u i p m e n t ，l o w e m i s s i o np o w e r , a n du n a m b i g u o u sv e l o c i t y t h ec w r a d a ri ss u i t a b l ef o rt h es i t u a t i o n s o fs h o o t i n gr a n g em e a s u r ea n ds oo n a l lt h ew o r k si nt h i sp a p e ri sb a s e do ns y s t e mo f a m u l t i f r e q u e n c yc w r a d a r i no r d e rt oi m p r o v et h ew o r ke f f f i c i e n c y , t h i sd a t aa n a l y s i s s o f t w a r ei sd e s i g n e dt op r o c e s st h ed a t af r o mt h eg a t h e r i n go ft h er a d a rv i d e os i g n a l t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y s i s e st h ec wr a d a rs y s t e ma n dt h ea r i t h m e t i cp r i n c i p l e so f m e a s u r i n gt ot h ev e l o c i t y 、a n g l ea n dd i s t a n c e ；t h e np r e s e n t st h es o f t w a r ea n d h a r d w a r e s t r u c t u r eo ft h ed a t ag a t h e r i n gs y s t e ma n di n t r o d u c e st h et r a n s m i tp r o t o c o l so ft h ed a t a g a t h e r i n g i n t e r f a c e ，s ot h ef o r m a to ft h e s o f t w a r e sp r o c e s s i n go b j e c t ，d a t af i l e ，i s e d u c e d a f t e rt h a t ，t h ea u t h o r sp r i m ew o r k ，d a t aa n a l y s i ss o f t w a r e ，i sp r e s e n t e df r o mt h e p o i n to fv i e wo fs o f t w a r ed e s i g np r o j e c t i n t h e o ft h es o f t w a r ea r ep r e s e n t e d e n dt h ep r a c t i c a le f f e c t sa n dd e f i c i e n c i e s k e y w o r d s ：c wr a d a r d a t ag a t h e r i n gd a t ap r o c e s s i n gs o f t w a r e v c + + 创新性声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：逮! l 墨氢 争日期：迎z ，z ! 兰丕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：毒尘圣鱼! 步 导师签名：珥睁 日期：2 翌z ：z ! 兰主 日期：趔：! ：圣至 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题提出的背景 武器装备的发展离不开靶场，由于现代科学技术的飞速发展，武器装备也在 不断更新。武器装备的更新就对靶场测量提出了新的要求。测量雷达是靶场的重 要组成部分，为了适应新的靶场测量要求，测量雷达不仅要有测速、测角的功能， 而且还要具备测距的功能。 近年来随着连续波体制雷达在测距方面的发展，它已经成为靶场测试雷达的 首选i i j 。连续波雷达非常明显的一个优点是，无论目标的速度有多大，相距的距离 有多远，它都能精确测速而没有速度模糊【2 】。可对于脉冲多普勒雷达或是m t i ( 动目 标显示) 雷达而言，要得到这一优点，处理是比较复杂的。另外连续波雷达还具有 设备简单、相同的峰值功率下探测距离远、易于采用现代数字信号处理的优点。 目前，国外己将这种体制的雷达成功用于实践。1 9 9 8 年，丹麦的w e i b e l 公司 在世界范围内率先推出r r 一6 0 0 3 4 多频连续波测速测距雷达。该雷达能同时测量多 个目标的速度和距离( 角度可选) 。西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室对 这种体制雷达的基本原理也做了比较深入、全面的研究。 本课题来源于实验室所承担的一个项目多频连续波靶场测量雷达的一个 子系统。该系统的主要任务是在完成对1 6 路零中频原始多普勒信号的实时采集和 存储的前提下，对所存储的数据进行分析与处理，最后得到精确的测量结果，并 具有与实时数据比较，绘制动态曲线，保存结果以及提取结果等功能。 1 2 课题在理论和实践上的意义 电子靶场是对电子对抗装备进行试验鉴定的场所，仅仅具有电子对抗效能定 量评估准则和方法是不够的，还需要具有评估的设备，能提供设备受干扰设备的 测量数据。从现阶段靶场建设看，靶场还缺乏专用的定量评估设备，再加上现在 的电子对抗与反对抗技术措施多，而且随着科技的发展也不断的发展变化，因此， 专用的设备也很难覆盖各个方面。因此，为达到提高试验工作效率，充分发挥靶 场现有雷达的作用的目的，对靶场测量雷达视频信号的记录、传输与处理的关键 技术进行理论分析与研究。 该课题在实际测量中是针对该多频连续波雷达进行的，最终要利用理论分析 研究成果，研制一套该多频连续波雷达的视频信号的记录、传输与分析设备，能 在完成雷达视频信号的实时采集的前提下，完成视频信号的存储以及事后分析处 2 多频连续波雷达回波数据处理软件开发 理。从而能达到提高试验效率之目的，原始信号和实时信号的记录与分析为结果 的定量评估提供准确的信息。因此，该课题在理论与实践上都具有重大意义。 本文主要在实现对采集信号的事后分析及处理方面进行了研究，采用了微软 公司的可视化开发工具v i s u a lc 十+ 。利用v i s u a lc + + 6 o 功能强大的v c l 控件 库，在较短的开发周期内，实现了对采集到的大量原始数据的动态显示，并对原 始加噪信号进行数字信号处理和谱分析，所得到的分析结果都可以在报表中实时 更新。 i 3 国内外发展状况 数据采集是科研工作者获取现场信息，开展科学研究的必要手段，相应的数 据采集以及数据分析处理系统的研制和开发一直是工程技术人员所关心的问题。 早期的数据采集系统功能比较单一，采集速度不高，而随着科技的发展，a d 集成 电路的采样速度已经达到非常高的速度。单就a d 转换芯片而言，目前市场供应得 采样速率能到达5 0 0 m h z 以上。同时微机板卡设计工艺的进步，微机标准总线的发 展，使得a d 采样卡的采样速率及总线传输率达到很高。目前a d 采样卡的采样速 率已经能达到1 0 0 m h z 以上。与此对应，微机的标准总线如i s a 、e i s a 和m c 等标准总 线由于传输率低而逐渐由p c i 总线标准替代。p c i 总线是一种采用3 2 6 4 位b u r s t 传 输的局部总线，使用独立于c p u 的3 3 m h z 6 6 m h z 时钟，峰值传输率1 3 2 m 2 6 4 m b s 。 为大容量、高速数据的传输提供了较好的支持。这些技术发展为本课题的研究和 应用提供了良好理论和应用基础。 在此方案中选用的高速并行接口卡，是当今市场上最新推出的一款超高速3 2 通道数字i o 卡，每秒可传输8 0 兆字节，提供多缓冲区循环操作，这为进行高速 数据采集提供了可能性。在该靶场测量系统雷达分系统中，根据技术指标的要求， 需要完成对1 6 路正交数字多普勒信号的i m h z 、1 6 位数据连续采样的传输与存储， 所以需要达到的数据传输率为1 6 ( c h ) 1 6 ( b i t c h ) - - 8 ( b i t b y t e ) 1 ( 删z ) = 3 2 ( m b s ) ，所以该数据采集卡完全可以满足要求。 从数据分析处理软件上来看，数字化仪器、智能仪器的快速发展，使得仪器 的精度越来越高，功能越来越强，但这类仪器还没有摆脱独立使用、手动操作的 模式，对于较为复杂的、测试参数较多的场合，使用起来并不方便并受到局限， 而且可更换性、可维护性都不是很高。而充分利用计算机软硬件资源的虚拟仪器 ( v i r t u a li n s t r u m e n t ，v i ) 技术克服了以上的缺点，它将测试仪器的信号分析与处 理，结果表达和输出在计算机上来完成，用计算机屏幕形象地模拟各种仪器控制 面板，以各种形式表达输出测试结果。虚拟仪器利用计算机软件代替传统仪器的 硬件来实现各种各样的信号分析、处理，完成多种多样的测试功能，突破传统仪 第一章绪论 器在数据处理、表达、传送、存储等方面的限制，这种仪器具有组构灵活、研制 周期短、成本低、易维护、扩展方便、软件资源丰富等优点，是各种测试仪器发 展的一个重要趋势。 雷达信号处理机是用于处理雷达天线接收到的回波信号，将回波信号在时域 和频域上用已经装订的算法进行分析，最后计算出范围内目标的运动参数。由于 考虑到实时性的要求，现在雷达处理机大都由高速通用微处理器以及大规模可编 程逻辑器件组成，而这些器件在工作的时候是不透明的，只有开发人员能了解到 系统的软硬件构成以及算法实现过程，用户无法直观的看见数据的处理分析过程， 所能了解到的只是实时处理的结果。所以需要有专门的测试软件来验证算法以及 检验处理机的运算精度和性能。本文以针对于某型号雷达信号处理机的测试软件 为例，介绍了引入虚拟仪器的概念来开发处理机测试软件的设计方案和实现技术。 目前用做虚拟仪器的开发系统主要有两类：一类是以l a b v i e w 、m a t l a bt o o l b o x 为代表的图形化开发平台，另一类是以v c + + 为代表的面向对象的开发平台。图形 化平台有着针对性强，试用方便的特点，但灵活性较差；而v c + + 是w i n 3 2 环境 下开发效率最高的开发系统，它可以直接针对于w i n d o w s 系统底层进行操作，并 且可以提供良好的用户界面，但由于它更加接近于底层，对工程级专业系统开发 的支持不如前一类。本文中的软件是在v c + + 6 0 开发环境下开发的，在部分算法 实现上，采用了m a t l a b 与v c h 混合编程的方法，这种混合编程的方法在国内相 关刊物上介绍的比较少，本文第四章详细介绍了这种方法，为读者提供一个参考。 1 4 本文结构 本论文共分五章，结构安排如下： 第1 章绪论。指出课题的背景和意义以及当前发展状况。介绍了本论文完成的工 作和关键点。 第2 章讨论了该多频连续波雷达系统的总体设计和针对于本雷达的信号处理算法 原理。给出了该系统的详细组成框图以及各组成部分的功能，并给出了目标回波 模型，在此基础上分析了测速、测角和测距的算法。 第3 章主要在硬件和采集软件上分析了数据采集分系统的构成，并结合数据采集 接口介绍了数据采集后形成的数据文件的格式。最后简单介绍了数据文件的记录。 第4 章介绍了作者的主要工作，即在已知信号处理算法的基础上，开发数据分析 处理软件，完成对数据文件的分析、比较等处理，并最终将数据动态显示在二维 坐标系上。 第5 章软件的发布以及对以后工作的展望。主要介绍了一些发布版软件的界面设 置和实际应用效果。并对整个的研究工作进行总结，讨论了作者在工作中的一些 4 多频连续波雷达回波数据处理软件开发 收获，同时也提出了软件的不足和缺陷及继续深入研究要着重解决的问题 第二章系统总体设计和各算法模块原理 5 第二章系统总体设计和各算法模块原理 2 1 引言 如绪论所介绍，本文所介绍的软件是某x 波段连续波靶场测量雷达的组成部 分，在软件设计中处理数据的算法也与雷达信号处理机软件的算法相同，因此本 章先总体上介绍该雷达系统以及信号处理机分系统和所用到的算法原理。 本章对该高精度靶场测量雷达系统的总体结构和各组成部分进行了介绍，并 分析了雷达信号处理机的工作原理，最后详细介绍了雷达信号处理机目标检测、 测速、测角和测距采用的算法原理。 2 。2 高精度靶场测量雷达总体设计 早期应用在靶场测量中的连续波雷达一般只能测量运动目标的速度、角度。 随着现代武器性能的不断提高以及更新换代速度的加快，对试验靶场测试设备提 出了越来越高的要求：测量参数增多、测量精度提高、处理时间加快、要求能实 时或准实时的提供测量结果、能提供更好的机动灵活性以减小转场工作的强度。 为了适应现代军事技术的发展和目前对这种轻重武器靶场测试设备旺盛的市场需 求，我国对这种高精度测量雷达进行了研制。 本文所介绍的是某x 波段连续波靶场测量雷达，该雷达是款多目标、高精 度、多参数实时测量连续波雷达，雷达分系统集成在光电经纬仪的光学平台上， 完成对空间飞行目标距离和径向速度的精密测量，并输出跟踪目标的角度误差信 息，引导光电经纬仪快速自动捕获跟踪目标，进行单站定位并完成对目标实时弹 道测量任务。它采用多普勒谱分析测速、单脉冲比相测角、双频多普勒比相测距、 多频解模糊等测量原理和技术，实现对多个运动目标的径向速度，距离和偏离无 线电轴方位角和俯仰角的实时高精度测量：通过实时角度测量结果引导光学经纬 仪系统对目标进行跟踪，观测目标在空中的飞行状态，从而实现单站定位并完成 对目标的实时弹道测量。 本套雷达小型轻便，布站机动灵活：测量精度高( 测速精度可达0 5 m l s ，角 度精度可达1 密位) ：灵敏度高，几乎没有最小弹丸直径和最近距离的限制；捕获 时间短；可同时测量位于波束内不同速度的四个目标。 本雷达系统由天线、频率源、发射机、接收机、数字信号处理单元、监控单 元和软件系统组成1 3 j 。发射机将频率源单元送来的频率为f o 和f i 信号经放大后送往 发射天线。接收单元将接收到的信号放大、混频、滤波后，提取多普勒信息送往数 6 多频连续波雷达回波数据处理软件开发 字信号处理单元。数字信号处理单元接收四个天线子阵送来的多普勒正交信号， 通过对信号的检测、分析和估值，从而得到各个目标的参数，并将其传送到相应 的设备。监控单元在分系统中用于监视、控制及数据加工处理。 2 - 3 信号处理机分系统的组成 信号处理机分系统接收四个天线子阵送来的多普勒正交信号，通过对信号的 检测、分析和估值，从而得到各个目标的参数，并将其传送到相应的设备。信号 处理分机主要完成如下功能： 接收时频信号与靶场设备同步工作； 接收四个天线子阵传来的8 路多普勒正交信号，对信号进行a d 变换、频谱分 析、信号参数估值； 完成目标检测、截获与多目标分离、多目标跟踪功能； 具有高精度多目标测速、测距、测角功能； 实时为监控分机提供每一个目标的径向速度、距离、方位与俯仰角误差数据。 数字信号处理机是一个高速并行处理机，如图2 1 所示，主要分为与处理模块、 f o “和”通道处理模块、f o “a z ”通道处理模块、f o “e l ”，通道处理模块、f 0 腩 “和”通道处理模块、数据处理与i o 接口模块、电源及系统定时模块。各个部分 由多片d s p 和c p l d 等芯片组成。 ： 一f 0 “和，通道处理模块f ： 吨2 0 -l v r ,a m 电源模块 l。 ： 上 f o 接qt 模块 1f o “a z ”通道处理模块 【a z 皿 制 数据处 ab 预处理理模块 模块 上 与i 0 接 cd 口模块 a m e m监 f i 接收模块 _ f o “e l ，通道处理模块 1 皿指令 控 叫i 计 v mr m 算 上 指令 机 1f 0 f i “和”通道处理模块 r m - i h 数据采集系统定时 tl 图2 。1 雷达信号处理机组成框图 预处理模块主要完成零中频信号的a d 采样、自适应通道均衡、直波及杂波 第二章系统总体设计和各算法模块原理 7 的抑制、通道数据组合及数字多普勒采集的主要功能。预处理模块直接与接收机 接口，接收a 、b 、c 、d 四块天线送出的零中频信号( i + q ) 8 共计1 6 路，采 样频率f s = l m h z ( t = lus ) 。对于直波和杂波的抑制，采用f i r 滤波器完成。 通道数据组合把信号先构成8 路复信号，它们分别对应a 、b 、c 、d 中8 个 接收机的输出：再将其按照不同的需要进行组合，对于频率f o 的a + b + c + d 信号 输出到f o “和”通道处理模块，对于频率f 0 的a + c 和b + d 信号输出到f 0 “a z 通道处理模块，对于频率f 0 的a + b 和c + d 信号输出到f o “e l ”通道处理模块， 对于频率f 0 和f i 的a + b + c + d 信号同时输出到f 0 f i “和”通道处理模块。在只 发单频时，f 0 f i 通道可以用于噪声对消，以便提高信噪比。通道数据组合采用 c p l d 器件完成。 在预处理模块中，采集a d 转换后经适当抽取的数字多普勒信号，通过3 2 b i t 并行口，按通道的顺序，连续送出每个通道的复信号。 f o “和 通道处理模块主要完成目标的频域检测和频域跟踪，同时对目标的 多普勒速度v 和加速度a 进行测量。f o “和”通道处理模块实现框图如图2 2 所示。 图2 2f 0 “和”通道处理模块实现框图 f o “和通道处理分为频域检测和频域跟踪两个部分。检测部分负责检出目 标，并计算出目标多普勒频率的粗估计值；跟踪部分将速度接近的目标进行分离， 对目标的运动参数给出精确的估计值。 检测部分运用“和 数据作f f t 。先对频谱进行非相参积累，再完成目标的 频域c f a r 检测，然后给出检出目标的f d m ( 目标数m 4 ) 。 跟踪部分根据f d m 对r n 个目标分别进行运动补偿，构造m 个以f d m 为中心 频率的窄带滤波器组，分别对经运动补偿后的原始数据进行滤波和抽取。窄带滤 多频连续波雷达回波数据处理软件开发 波器采用f i r 滤波器。对m 个滤波器组输出的数据进行补偿谱分析处理，完成在 ( | j f ) 面上目标的分辨与多普勒速度v m 和加速度a m 的估计。 f o “a z e l 通道处理模块，在“和”通道跟踪部分给出运动参数估计值后， 完成每个目标的单脉冲比相测角。f 0 “a z e l 通道处理模块实现框图如图2 3 所 示。 a e l 图2 3f 0 “a z e l ”通道处理模块实现框图 基于目标运动参数估计值v 、a ，对两路原始数据( a z ：a + c 和b + d 或e l ： a + b 和c + d ) 进行相位补偿，再对补偿后的数据进行相参积累，并且测量相位。 运用比相测角，向数据处理模块输出方位俯仰角偏差数据。 f 0 f i “和 通道处理模块，在“和 通道跟踪部分给出运动参数估计值后， 完成每个目标的5 组双频参差比相测距。f 0 f i “和”通道处理模块实现框图如图 2 4 所示。 第二章系统总体设计和各算法模块原理 9 图2 4f 0 f i “和”通道处理模块实现框图 基于目标运动参数估计值v m 、a m ，对两路原始数据( f o ：a + b + c + d ，f i ： a + b + c + d ) 进行相位补偿，再对补偿后的数据进行相参积累，并且测量相位差 巾i ，直到5 组双频测量完成。进行比相解模糊测距，每隔一段时间向数据处理模 块输出一次距离数据。 数据处理与y o 接口模块完成测量数据( 速度、角误差、距离) 的航迹平滑， 采用卡尔曼滤波、q 1 3 滤波对数据进行内插、外推；完成目标四维参数的输出； 接收控制命令和设置参数；产生分机内部时序信号，接收系统同步信号，保持与 系统的时序同步。数字信号处理分机对外接口见表2 1 。 序号连接设备i o接口类型 传输内容 1 接收机 i 1 6 x 2 路信号差分传输8 路正交多普勒信号 2 监控i o3 2 b i t 并口 顺序传输8 路数字多普勒 3 监控i or s 一4 2 2 控制命令速度、方位 4 监控i o r s - 4 2 2 设置参数距离、俯仰 5 监控 i t t l 脉冲 同步信号及起飞信号 表2 1 数字信号处理分机对外接口 2 4 信号处理算法原理 上一小节简单介绍了信号处理机的构成及各模块基本工作原理。本文在对原 始采样数据的信号处理中，分别采用了传统的信号处理、谱估计方法等。下面对 l o 多频连续波雷达回波数据处理软件开发 信号处理算法进行比较详细的介绍。 2 4 1 测速模块算法原理 多目标速度的测量是通过对雷达回波中多个多普勒频率的分离及测量实现的 m 】。一般情况下，测速采用f f t 谱分析法，通常在无速度模糊情况下，目标所处 的多普勒频率即对应于目标的速度：1 ，= 厶a 。2 。 如果目标匀速运动，对信号分离和测速只需作f f t 和窄带f i r 滤波即可，但 目标相对于雷达运动往往不可能是绝对恒速的，而是呈现一定的非匀速运动性。 由于实时性要求观察时间不太长而且目标具有惯性，所以往往只需考虑目标的加 速度即可，无须考虑目标的加加速度等。目标加速度的影响是使目标的回波信号 呈现时变特性，即目标的多普勒频率随时间而变。本方案采用“d e c h i r p i n g ”方法， 这种方法易实现而且是线性的、能够保留相位关系，进一步处理后能够较容易地 完成目标角度和距离的测量。 高精度测量雷达中参数测量的关键是多目标的多普勒分辨即多目标速度分离 和测量。我们对连续波体制雷达多目标分离采用“漏斗式分离方法。“漏斗式” 目标分离法先粗后细，原理简单工程实现容易。 先采用f f t 谱分析粗测速度相差较大的目标速度1 ，；( i = 1 m ) ；再根据上一步 的粗估计，通过m 个窄带滤波器粗分离出各目标( 每个目标中可能包含有速度相 近的几个目标) ，并抽取从而降低运算量；再对粗分离出来的m 个目标分别采用 “d e c h i r p i n g ”方法作“补偿谱分析 或称为“二维谱分析”来进一步分离速度相 近的、粗测没分开的目标，实现多目标精确分离及多目标( n 个且n m ) 高精 度测速：v ，= ，+ v o ，( 厶= + 帆其中厶由多普勒粗测得到，搋是由“补 偿谱分析”测得的精测目标多普勒频率与多普勒粗测值厶之差) 。为减小测速误差 可进行插值处理。 下面从雷达信号模型来介绍测速原理： 雷达发射信号： j ( f ) = e ，2 疗，n ( 2 1 ) 雷达接收信号：( 不同目标对发射信号反射回波的叠加) r ( t 1 ) = n ( t ) + e j ( z t c 。( t - d - a l 呜1 1 + e j c 2 西。, c t - d i - d ，2 - d a a 2 十+ e j ( 2 斫o ( t - o , - a 一 + ( 2 - 2 ) 混频至中频： r i ( f ) = ，( f ) eq 川。( 2 3 ) 其中d = 2 r c 为目标回波距离延时 第二章系统总体设计和各算法模块原理 d ，f - - - - 2 v j t c 为第i 个目标速度1 ，引起的回波相位变化 d a t i = a ，t 2 c 为第i 个目标加速度a 。引起的回波相位变化 兀为发射连续波频率 ，l ( f ) 为噪声 多目标粗测： 对中频回波信号做f f t 变换：y = f f t ( ( ，) ，4 0 9 6 ) ，通过门限及最值判别即可粗 测出速度相差较大的多个目标的多普勒频率膨，( i = 1 m ) 粗运动补偿：( 对粗测得到的第i 个目标做粗运动补偿，将中频回波信号补偿到零 中频) ，2 ( ，) = ，l ( f ) p 一2 7 l t f d ， ( 2 4 ) 滤波：( 将粗测得到的第i 个目标与其它目标分离) r 3 ( t ) = 吃( f ) o 办( f )( 2 - 5 ) 其中办( f ) 为采用海明窗函数法设计的5 0 0 0 阶f i r 窄带( b = 1 k ) 滤波器 抽取：( 降低运算量) 按1 ：5 0 0 对r 3 ( t ) 抽取。 为完成多目标分离，根据第一步f f t 谱分析估计出的各目标速度对信号做运 动补偿后，需要通过窄带滤波器来分离出各目标信号，然后再采用时频分析法( 采 用d e c h i r p i n g 方法) 进一步测量各目标的高精度运动参数。 滤波后信号的采样率为1 m h z ，后面多普勒精测做“d e c h i r p i n g 补偿谱分析 时采用2 5 6 点f f t 进行，而系统要求的多普勒频率分辨率为l o h z ，所以我们采用 1 ：5 0 0 抽取，即：1 m 5 0 0 = 2 0 0 0 h z ；d ，= 2 0 0 0 2 5 6 - - - 7 8h z 1 0a z 满足要求。 考虑对硬件器件实时性及存储容量的要求，为降低运算量、提高计算速度， 我们可以把5 0 0 0 阶滤波器与抽取结合实现。 - i 即： y ( 疗) = h ( m ) x ( n - m ) ( 2 6 ) 其中 办( 玎) 为5 0 0 0 阶滤波器系数 x ( 珂) 为预处理后输入的原始数据 n 为滤波器办( 刀) 的长度 y ( 力) 的运算量太大，我们采用如下方法滤波并抽取： n 一- i y ( t ) = h ( m ) x ( m l 一朋) ( 2 - 7 ) 其中m ：5 0 0 ( 抽取比例为1 ：5 0 0 ) 这样0 1 秒内y ( 1 ) 只有2 0 0 个点，与y ( n ) 的1 0 5 + 1 个点相比运算量大大减小，便于 1 2 多频连续波雷达回波数据处理软件开发 d s p 芯片的实时处理。 多目标的精确分离及速度和加速度的测量是通过“d e c h i r p i n g ”补偿谱分析实 现的，为获取目标精确的运动参数( 速度和加速度) ，多目标分离及测速我们分以 下两步完成： 第一步：获取粗运动参数。对多目标回波信号做傅立叶变换，根据f f t 谱分 析的结果经过m 个海明窗函数法设计的窄带f i r 滤波器粗分离目标，并估计分离 出的这些速度相差较大的各目标大致速度v ；( i = l ，2 m ) ( 低精度) 。 第二步：获取精运动参数。第一步获取的运动参数比较粗略，由于加速度的 存在对回波信号补偿后其多普勒仍不为常数而是时变的，故需要进一步获取目标 的精确运动参数；另外，当多目标方位、距离相同且速度相近时，多目标粗测时 回波落入同一或相邻频率分辨单元而无法分辨。时频分析法中的“d e c h i r p i n g ”方 法( 解线性调频法) 就是一种简单而且易于实现的精运动补偿法。 按上述模型接收到的回波信号经粗运动补偿后，其相位因子中仍然包含因速 度误差和加速度的存在，而分别产生的一次、二次相位因子，所以可以利用 “d e c h i r p i n g ”方法( 解线性调频法) 来估计运动参数。 由于速度误差、加速度的存在，回波数据多普勒粗补偿后 r 2 ( t ) = ( ，) p 2 n f a l ( 2 8 ) 其中f a ，= 删形为目标的粗测多普勒频率 1 ，为粗测的目标速度 五为发射连续波的波长 相位仍为时间的二次函数，因而可用一个调频因子e 2 - ，石( ( 其中 甜= 2 a 兄) 与信号相乘，即 d ( d 甜，“) = f f t r 2 ( t ) 幸e 纠万( “r ) ( 2 - 9 ) 当甜= 2 a 。2 ( 其中口。为目标的加速度真值) 、d l a = f a o 一崩( 其中绒 为目标的多普勒频率真值) 时，式( 2 9 ) 出现峰值。因而速度、加速度的精确估 计问题转化为寻找最优的纠即a 的问题。 利用解线性调频法精确估计速度、加速度，关键是对式( 2 9 ) 中的u 进行最 优搜索，搜索步长的选取十分重要，如果步长选得过大，就不能满足估计精度要 求：如果搜索步长选得过小，则运算量剧增，不利于算法的实时处理和工程实现。 由于甜需要遍历搜索，为减少运算量以及提高估计精度，我们可以采用“逐次 逼近法 来估计目标的速度、加速度。对u 遍历搜索时，为满足精度要求搜索步长 必须选得很小，我们要计算的f f t 次数太多，运算量相当的大，“逐次逼近法 在 保证估计精度的前提下，有效的解决了搜索步长选择问题，使运算量大为减少， 第二章系统总体设计和各算法模块原理 便于实时处理。 假设速度测量精度加 0 5m s 、加速度测量精度a a 0 0 0 0 2m s 2 、发射基频 f o =