提高线性调频连续波探地雷达厚度检测分辨率的信号处理方法

线性调频连续波探地雷达 (LFMCWGPR)用于检测路面厚度时要具有较高的垂向分辨率 ,而由于经典谱估计法固有的缺点 ,限制了分辨率的提高。利用Burg最大熵法和修正协方差法对探地雷达信号进行了处理 ,计算机模拟和室内实测信号处理的结果表明 ,这两种方法均能有效地提高LFMCW探地雷达的分辨率 ,使功率谱的主瓣变窄、旁瓣幅度降低。在对计算量无严格要求的情况下 ,修正协方差法的功率谱估计效果更好 ,它能克服使用Burg最大熵法出现的谱峰频率偏移和谱峰分裂的缺点。

利用调频连续波雷达测距讲解频谱分析

分析模拟信号的频谱是离散傅里叶变换(DFT)的一个重要应用,也是本科“数字信号处理”课程的重要知识点。以调频连续波雷达测距为例,结合具体参数讲解“数字信号处理”课程中频率估计、频率分辨率和栅栏效应等知识点,探索如何结合工程案例提升专业课程的教学效果,不仅促进了学生对相关知识的理解,还让学生深刻体会到理论结合实际的重要性。

基于调频连续波雷达的无感健康监测系统在心律失常患者中的应用研究

目的探讨基于调频连续波雷达的无感健康监测系统在心律失常患者中的应用。方法选取2022年9月23日至2022年10月31日于解放军总医院第七医学中心心内科住院接受治疗的心律失常或疑似心律失常患者60例,采用自身对照实验,对同一患者采用床旁心电监护和基于调频连续波雷达的无感健康监测采集其心电指标(包括心率、窦性心动过速、窦性心动过缓、房性早搏、心房颤动、室性早搏等)、呼吸频率和异常报警情况,并进行对比。结果两种监护系统对心率的监测无明显差别(P>0.05)。除房性早搏、室性早搏两种监护系统的一致率分别为88.9%、84.2%外,两种监护系统对窦性心动过速、窦性心动过缓、心房颤动及正常心率的一致率均为100%。两种监护系统对各种心律失常的监测结果无明显差异(P>0.05)。两种监护系统对呼吸频率的监测和异常报警情况比较,无明显差异(P>0.05)。结论基于调频连续波雷达的无感健康监测系统对心率、各种心律失常、呼吸频率的监测以及异常报警具有较高的准确性,应用前景广阔。

基于LabVIEW的调频连续波雷达模拟软件设计

调频连续波雷达原理抽象、理解比较困难,传统的静态教学效果不佳,而基于实际装备的教学存在装备昂贵、开机存在有害辐射等问题,造成学生和装备维修、维护人员对调频连续波雷达原理掌握困难。文章基于人机交互和可视化功能较强的LabVIEW图形化开发环境,动态模拟调频连续波雷达的信号发射、接收、混频、滤波、显示等全流程功能,用于调频连续波雷达工作原理的仿真教学,可为学生提供直观、生动、全面的实验体验,提高教学效果,节约实装使用成本。

用于调频连续波激光雷达的高重频调制DFB激光器的非线性频率校正技术

为获得调谐速率高至100 kHz、调制带宽5G以上、频率线性度较好的光源,从可调谐分布式反馈激光器的调谐原理出发,建立了以温度为主导的调谐模型,在该模型基础上采用基于拍频一致化的迭代仿真算法,显著降低了光源的非线性度。最后搭建了实验平台,采用该算法进行了两次迭代运算。实验结果显示,相比于未校正的波形,经过两次迭代后,下扫频与上扫频的非线性度分别从0.0500、0.0200降低到了0.0042与0.0026,分辨率改善明显。仿真与实验结果证明该方法能有效校正高频调制时DFB激光器调频连续波输出的频率非线性。

一种线性调频连续波探测抗雷达辐射源干扰方法

随着各类军用、民用辐射源频段的不断扩展以及功率的不断提升,线性调频连续波(LFMCW)探测器面对此类干扰的威胁也愈加严重。然而,目前关于LFMCW体制抗干扰技术的研究主要围绕在对抗有源干扰,鲜有针对强辐射源干扰的研究。针对上述问题,以对抗大功率雷达辐射源干扰为背景,本文对常规脉冲和线性调频脉冲信号两种典型的雷达辐射源信号进行建模,并分析其对LFMCW探测器的干扰机理。根据目标回波信号和干扰信号在时频域上的差异,提出了一种基于时频变换和边缘检测的干扰抑制算法。首先使用短时傅里叶变换(STFT)获得接收信号的时频图像,利用脉冲干扰在时间轴上的周期截断特征,在时频域进行干扰的粗滤波;然后结合边缘检测技术,沿着频率轴使用Sobel算子进行卷积,进一步滤除残留的干扰,重构滤波后的频谱,提取目标信息。仿真及实验结果表明,该算法能够有效地抑制两种典型的脉冲体制雷达辐射源信号干扰,在干扰背景下提取目标差频频率的精度优于3%。

恶劣天气对调频连续波激光雷达性能影响仿真分析

近年来,调频连续波激光雷达成为自动驾驶领域中一种富有吸引力的传感器选择。本文首先介绍了基于IQ调制器的线性调频连续波激光雷达的测距原理,针对设计指标进行了参数计算,然后利用搭建的模型研究了不同外部恶劣天气条件对系统性能的影响。结果表明该模型可以接受一定范围内外部恶劣天气的变化,为后续面向车载调频连续波激光雷达系统设计和硬件选择提供了参考依据。

多波段FMCW雷达低慢小探测数据集(LSS-FMCWR-1.0)及高分辨微动特征提取方法

无人机等低慢小目标探测对雷达目标检测和识别技术提出了很高的挑战,迫切需要构建相关数据集,支撑低慢小探测技术的发展和应用。该文公开了一个多波段调频连续波(FMCW)雷达低慢小目标探测数据集,基于Ku波段和L波段的FMCW雷达采集6种类型的无人机回波数据,通过雷达调制周期和调制带宽,具备不同时域和频域分辨和测量能力,构建了多波段FMCW雷达低慢小探测数据集(LSS-FMCWR-1.0)。为了进一步提升无人机微动特征提取能力,该文提出基于局部极大值同步提取变换的无人机微动提取和参数估计方法,在短时傅里叶变换的基础上提取时频能量最大值,保留有用信号分量,实现精细化时频表示。基于LSS-FMCWR-1.0进行验证分析,结果表明该方法相较于传统时频方法,熵值平均降低了5.3 dB,旋翼叶长估计误差降低了27.7%,所提方法兼顾高时频分辨率和较高的参数估计精度,为后续目标识别奠定了基础。

基于调频连续波的运动平台测高补偿算法研究

调频连续波雷达根据发射和接收线性调频信号的差拍频率计算目标高度,具有发射峰值功率小、硬件成本低和信号处理简单等优点,是当前高度表最常采用的一种测高波形。但当测高雷达相对地面运动,距离延时对应差拍频率和目标运动多普勒存在耦合时,直接将回波多普勒前沿检测结果作为差拍频率计算平台高度会存在较大偏差。通过对运动雷达发射调频连续波信号的回波信号进行数学建模,分析运动目标多普勒频率和距离延时对应差拍频率之间的耦合关系,给出一种改进的运动目标高度解算方法,并推导给出解析表达式。通过数值仿真,对比采用补偿方法的前后运动目标测高结果,说明所提出方法的有效性。

调频连续波激光雷达及数据采集信号链噪声分析

在调频连续波激光雷达中,用于中频信号采集的模拟-数字采集模块是其关键组件,信噪比、信纳比、无杂散动态范围等参数是衡量该数据采集信号链交流特性的重要指标,直接决定着调频连续波激光雷达的探测范围和测距精度等性能。设计了用于调频连续波激光雷达的中频信号采集模块,获得49.13 dB的信噪比和48.90 dB的信纳比;然后研究了其噪声特性,获得系统的主要噪声来源为采样时钟的相位噪声,并且通过引入数字滤波器将信噪比和信纳比分别提升11.38 dB和11.32 dB,理论上激光雷达的探测范围提高3.7倍。可通过采用专业时钟芯片降低噪声,经计算可将信噪比提高8.65 dB;最后,搭建了光学相控阵调频连续波激光雷达系统,验证了数据采样模块的有效性,完成了40 m距离的探测,最大测量误差为7.7 cm,最大探测范围为133.67 m。

调频线性度与零差拍线性调频连续波雷达的距离分辨力

首先从理论上分析了线性调频连续波雷达发射信号调频线性度对雷达距离分辨力的影响，然后对线性度与距离分辨力之间的关系进行了进一步的实验研究，通过对两种方法所得结果的综合比较，得出了两者之间简单实用的近似公式。

一种对称三角线性调频连续波雷达的校正算法

FFT变换的分辨率和栅栏效应会对系统测速、测距精度造成影响,实际应用中需要对线性调频连续波(LFMCW)雷达回波处理结果进行频域校正。分析了对称三角线性调频连续波雷达二维FFT测距、测速以及去耦合原理,提出了一种频域校正方法,该方法对雷达回波信号进行二维信号处理并对信号处理结果分别进行校正,消除了多普勒频移不敏感目标的距离速度耦合现象和FFT变换栅栏效应对系统测量精度的影响,从而提高测距、测速精度。仿真和试验结果证明了算法的有效性。

扫频非线性对线性调频连续波雷达测距精度和距离分辨力的影响

线性调频连续波（ Ｌ Ｆ Ｍ Ｃ Ｗ） 雷达在理论上具有很高的测距精度和距离分辨力，但实际的 Ｌ Ｆ Ｍ Ｃ Ｗ 雷达由于其固有的扫频非线性而使其实际的测距精度和距离分辨力下降．本文根据 Ｌ Ｆ Ｍ Ｃ Ｗ 雷达回波功率谱的特性，从理论上分析了扫频非线性对 Ｌ Ｆ Ｍ Ｃ Ｗ 雷达测距精度和距离分辨力的影响，为实际 Ｌ Ｆ Ｍ Ｃ Ｗ 雷达扫频非线性的外部校正提供一个精确的理论依据．

线性调频连续波雷达信号的参数估计

根据线性调频连续波(LFMCW)信号的周期特点,提出累积Wigner-Hough变换(CWHT)进行LFMCW信号的参数估计。首先分析了自相关函数的特点,通过搜索自相关函数的峰值,实现了信号调制周期的估计。然后根据调制周期将信号分段,进行CWHT。通过CWHT峰值和起始时间的搜索,最终估计出信号的调频斜率与起始频率。理论推导了CWHT的信噪比(SNR)公式,并分析了相关计算。该算法不仅减小了时频交叉项的影响,而且降低了计算的复杂度。同时由于进行了多个周期的非相干累积,提高了该算法的抗噪性能。仿真结果验证了本文算法在低SNR下具有较好的参数估计性能。

对称三角线性调频连续波雷达信号多周期模糊函数分析

针对大时带宽积对称三角形线性调频连续波信号模糊函数须考虑多普勒效应对复包络函数的影响,该文利用信号复包络求解法,导出了大时带宽积对称三角线性调频连续波信号的单周期与多周期模糊函数,研究了它们的对称性、模糊度图及沿主轴切割性质等特性。通过分析模糊函数表达式,得到了单、多周期信号的理论多普勒分辨率与时延分辨率。结果表明:单周期和多周期信号的时延分辨率相同,而N周期信号的多普勒分辨率提高到单周期信号的1/N。

C波段调频连续波天气雷达探测系统及观测试验

对降水云更高时、空分辨率观测资料的需求推动了天气雷达技术的发展,调频连续波雷达(FMCW)系统采用收发分置双天线体制,采用数字直接移相(DDS)技术和快速傅里叶变换(FFT)信号处理技术,获取高度分辨率达到15、30 m,探测周期2—3 s的回波功率谱分布和谱参数,具有脉冲多普勒雷达无法比拟的探测优势。C波段FMCW(C-FMCW)雷达最小可测信号功率达到-170 dBm,微弱信号的定量标校是技术难点。采用标准信号源输出单频信号,经过数字直接移相扩展为与雷达系统相同扫频范围信号,得到最小输入功率可达-169.77 dBm的定标曲线,由定量标校后的谱分布计算得到回波强度谱密度分布。该雷达于2013年6月起在安徽定远开始观测,利用8月24日降水过程探测数据,与距离该地48 km的蚌埠和83 km的合肥SA扫描雷达观测数据,分别进行对流云与层状云的观测比对分析。对于均匀分布的层状降水云,C-FMCW雷达与SA雷达探测结果基本接近,C-FMCW雷达与蚌埠SA雷达的平均均方根误差为1.75 dB,与合肥SA雷达的平均均方根误差为2.02 dB,C-FMCW雷达与两部SA雷达探测的回波强度差异小于1 dB。对观测试验谱参数及回波强度谱密度分布进行了初步分析,C-FMCW雷达在研究降水云体的相态分区、晴空大气边界层回波等方面有较好的应用前景,有助于加深对强降水云中垂直运动的强烈变化的探测和认识。

基于局部解线性调频的多频连续波雷达实时加速度补偿算法

本文给出了多频连续波雷达的一种实时加速度补偿算法。带有加速度信息的雷达回波相当于线性调频信号,目前各种解线性调频算法的最主要缺点在于运算量大,难以用于实时处理。本文提出的算法通过等效的复调制、低通、抽取等处理,得到了完全包含加速度信息的局部时域信号,然后利用加速度模板的方法进行了局部的解线性调频,从而实现加速度补偿。这种方法具有较高的估计精度,并且大大降低了解线性调频的运算量,可以用于雷达实时信号处理。仿真结果证明了该方法的有效性。

基于Rife法的线性调频连续波雷达测距算法及实现

介绍了基于Rife法的线性调频连续波(LFMCW)雷达测距算法的原理,给出该算法的实现步骤,并从理论上分析了算法的测距性能。结合可编程门阵列(FPGA)EP3C55F484C8N芯片,进行该算法的编程实现,并将算法嵌入高精度LFMCW雷达中。利用LFMCW雷达进行现场测距实验,实验结果验证了该算法的有效性。

近距离超宽带调频连续波雷达非线性校正研究

调频连续波雷达凭借其结构简单、造价低廉等优势在目标探测与识别等方面体现出重要的应用价值,然而系统的非线性调制问题成为制约其性能的重要因素。传统的非线性校正方法能够在一定程度上估计非线性,但估计过程中的误差传递问题导致校正效果并不理想。基于该问题,本文提出一种基于多项式回归的方法实现非线性的准确估计。所提算法首先将非线性相位建模为多项式函数,然后通过多项式回归实现参数的联合估计,以消除误差传递问题。基于估计出的参数,通过时域重采样操作实现非线性的校正。仿真结果表明,所提算法不仅能够准确估计出多项式参数,而且在一定信噪比下比传统算法更接近克拉美—罗界。X波段FMCW雷达实测数据处理结果显示,本文所提算法可以有效消除非线性误差。

线性调频连续波雷达的噪声性能分析

在白噪声与线性调频连续波重达回波功率语的关系基础上，从理论上分析了白噪声对线性调频连续波重达到距精度和距离分辨力的影响。分析结果表明，雷达采用“差拍－傅里叶”结构在频域上获取目标信息要比采用“差拍－平均频率计数”结构在时域上获取目标信息具有更强的抗噪声性能。