基于FPGA的LFMCW 雷达信号处理算法及实现_基于fpga的雷达信号处理

摘 要:为提高线性调频连续波雷达的探测精度,提出一种 Rife算法与Jacobsen算法的联合频率估 计算法。该算法分别对三角波调制的线性调频连续波的差频信号的上下扫频的频谱进行峰值搜索,当其 频率在量化频率点附近时用Jacobsen算法优化,其他情况使用 Rife算法直接估计。通过理论及 Matlab软 件仿真分析算法的估计性能,结合现场可编程门阵列(FPGA)EP4CE30F23C8N 设计了用于三角波调制的 LFMCW 雷达,通过SignalTapⅡ软件实时捕捉目标参数,得到速度及距离信息。该方法应用于调频连续 波雷达可以取得较高探测精度,同时具有较高的实时性、稳定性。

关键词:线性调频连续波雷达;三角波;频率估计;现场可编程门阵列

0 引 言

        线性调频连续波(LinearFrequency ModulatedContinuousWave,LFMCW)雷达具有距离分 辨率高、不存在距离测量盲区、方向性好、角度分 辨率高、发射功率低等很多优良性能,特别是近些 年,固态 微 波 毫 米 波 器 件 取 得 前 所 未 有 的 进 步, FMCW 雷达通过采用毫米波集成技术实现近程探 测,大大缩小了体积和成本,因此其得到快速的发展和应用。

        LFMCW 雷达系统通过测量发射信号和回波 之间的差频信号频率提取目标参数信息。目前国 内外提出了许多频率估计算法应用于 LFMCW 雷 达距离测量,研究的重点主要在测量精确度和工 程实现方面。提高探测精确度的主要实现方法是 提高对差频信号的准确估计,目前已提出多种方 法,在时域上有自相关法、极大似然估计法等,但 是运算量 很 大,实 时 处 理 性 能 差,不 便 于 工 程 实 现。更多实现方法是在频域上利用借助 FFT 技术测量差频频率使得 LFMCW 雷达系统进一步地简 化,但同时带来 FFT 的栅栏效应,使得差频信号频 率不能与 FFT 的量化谱线重合,测量误差较大。

        利用信号频谱的最大两根谱线进行插值 对频率进行估计,被称作 Rife算法。当信号频率 位于两相邻量化频率之间的中心区域时,估计精 度很高,估计方差接近克