船用调频连续波雷达信号处理关键算法研究与实现

摘要

FMCW(调频连续波)雷达由于自身具有的结构简单、峰值功率低、距离分辨率高、无盲区等特点，在体积、重量和功耗受限平台上得到重视和应用。然而，在船用导航雷达领域，由于受海杂波影响其优势没有充分体现，还存在杂波抑制、杂波下目标检测和估计等问题需要解决。
　　为了提高海杂波下FMCW雷达的检测性能，本文针对船用FMCW雷达差频信号处理过程中的海杂波干扰抑制、恒虚警检测和频率估计这三个方面开展相关研究，具体工作如下：
　　1、针对广义回归神经网络(GRNN)海杂波预测算法中传统采用实验法来估计参数所存在的缺陷，研究了一种改进的基于粒子群(PSO)算法的GRNN海杂波预测算法，所改进的算法根据PSO算法能够比较容易的找到群体最优解，并且简单实用的特点，利用它来找到GRNN预测海杂波时的高斯函数宽带系数，然后再根据GRNN理论来预测海杂波。预测和对消仿真实验的结果表明，所改进的方法能够有效的提高海杂波预测的准确度，从而改善了海杂波抑制的效果。
　　2、研究了一种改进的恒虚警检测算法(STMVI-CFAR)，该算法在可变指示恒虚警率检测算法(VI-CFAR)的基础上，结合消减单元平均有序统计(TM-CFAR)检测算法和开关型恒虚警检测算法(S-CFAR)的优点，在不同的杂波环境下自适应的选择不同的检测策略。本文所提的算法在均匀环境、多目标干扰环境和杂波边缘环境下都能够保持较好的检测性能。最后在MATLAB软件平台上，通过仿真试验，分析了所提改进算法在不同的背景环境下的检测性能，并与其他现有的几种检测算法进行了对比。
　　3、为了进一步提高雷达测距的精度，首先通过对现有的几种频谱分析方法的原理进行研究，并在理想的差频信号的基础上进行了仿真验证。然后研究了一种改进的频谱估计算法，该算法将所介绍的拟合方法与Chirp-Z算法相结合，通过仿真实验的验证，的确比文中所述几种方法的测距精度更高，并通过Monte Caro仿真实验验证了算法的稳定性。
　　4、仿真实现了一个FMCW雷达信号处理系统，从信号源的模拟、差频信号的获取、目标的检测和最后的频谱分析。进一步验证了本文所改进算法的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

缩略语对照表

第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文结构安排

第二章 FMCW雷达信号处理基本理论

2.1 FMCW测距雷达系统结构

2.2 FMCW雷达测距原理

2.3影响FMCW雷达信号处理性能的因素

2.4本章小结

第三章 海杂波预测和对消算法的研究

3.1常见的海杂波信号模型

3.2基于GRNN的海杂波回归预测算法

3.3基于PSO-GRNN的海杂波回归预测算法

3.4海杂波的预测对消

3.5仿真实验及结果分析

3.6本章小结

第四章 恒虚警检测算法的研究

4.1几种经典的恒虚警检测算法

4.2 VI-CFAR检测算法

4.3改进的VI-CFAR检测算法

4.4本章小结

第五章 FMCW雷达差频信号频率估计算法研究

5.1快速傅里叶变换(FFT)算法

5.2基于FFT的Chirp-Z算法

5.3改进的频率估计算法

5.4本章小结

第六章 FMCW雷达信号处理仿真系统的实现

6.1 FMCW雷达系统参数设置

6.2 FMCW雷达模拟差频信号的实现

6.3 FMCW雷达差频信号CFAR检测

6.4 FMCW雷达差频信号频谱分析

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1论文总结

7.2论文展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果