。低成本近程探测信号处理模块设计
开题报告
研究背景及意义
随着信息技术的迅猛发展，借助各类传感器在多种距离下实现对周围环境以及特定目标的探测（判断有无、识别目标并能根据探测识别结果对自身实现相应控制等）的需求越来越迫切并逐渐成为现实。
近程探测技术越来越多地深入到各个领域，同时它采用了多学科领域的新技术，它是建立在微波技术、雷达技术、红外技术、光学技术、传感器技术、计算机技术、电子学技术等技术学科理论基础上的一门综合性、应用型的科学技术。
线性调频近程探测系统具有抗干扰性强、测距精度高、体积小、结构简单等优势，在军事领域得到广泛应用，当用于近程目标探测时，不仅可以实时得到其距离、速度信息，在一发两收的线性调频近程探测系统中，通过鉴相器获取两路信号的相位差信息，可获得角度信息[1][2]。
数字芯片经过长期高速发展，通过不断创新，其成本不断降低，性能大幅提高，尺寸也越来越小。因此，在进行数字信号处理时使用数字芯片，可以让处理难度大大降低，同时让更高精度的测距、测速、测角算法的实现成为可能。
本课题紧密贴合某国防科研项目要求，对调频近程探测信号处理系统进行研究，主要对高精度测距、测速技术进行研究，完成模型构建、算法仿真、硬件设计、软件设计以及实验验证等工作。
国内外发展状况
线性调频近程探测系统在应用方面起步较早，最初被用于雷达高度表，但在理论方面当时并没有进行深入的研究。八十年代中期，荷兰科学家L.P.Lighthart等人在用线性调频连续波雷达进行气象观测的研究中，初步分析了线性调频连续波信号的模糊函数、分辨率以及接收机灵敏度。同时，美国科学家RB.Chardwich等人对连续波调频探测系统中的旁瓣效应及距离-速度耦合引起的距离串扰等问题进行了研究[3]。国内外的研究者们还在线性调频连续波雷达信号处理方面进行了大量研究。在早期这些研究主要集中在声波表面傅里叶变换器和高分辨率FFT算法。进入九十年代，毫米波技术与线性调频探测系统相结合，使得线性调频探测系统的成本和体积大幅下降。近年来，传统笨重的窄带滤波器组被数字FFT代替，由此研究人员提出了大量数字信号处理算法。随着线性调频探测系统技术的日益成熟，其应用也由简单的测量物体高度，发展到导航、目标定位等领域[4][5]。在军事方面，线性调频探测系统对导弹进行精密末制导以提高导弹的命中精度以及毁伤效果。在民用方面，线性调频探测系统被用于汽车主动预防安全系统和被动防撞安全系统来保护驾驶员与乘客的安全，减少交通事故的发生[6][7]。
连续波（CW）只能测速，线性调频波（LFMCW）中三角波能测速和测距、锯齿波只能测距，而且三角波测速测距有多目标距离和速度匹配问题，一些学者也提出一些改进调制波文献[8]宋洋提出FMCW-CW调制波形改进方法，利用CW所测目标速度匹配FMCW所测速度，从而解决距离和速度匹配问题；文献[9]杜佳等提出相位差和功率差联合匹配模型进行频率匹配的思想，较好地解决了FMCW中目标信息匹配问题；文献[10]周立提出了变周期调频连续波雷达信号；文献[11]王浩提出了变斜率连续波雷达信号，利用相邻不同斜率连续波计算得到的速度与距离，然后进行匹配；文献[12]Rohling，H.and M Meinecke 设计了MFSK波形，利用相邻波形相位差与频率直接计算得速度与距离。不管所用哪种调制方式，都需要对中频信号进行处理，是系统的关键。
在硬件实现方面文献[13]采用了基于DSP来实现雷达信号处理；文献[14]采用了基于FPGA来实现近程探测信号处理，考虑到降低成本，实现方便等一系列因素，本文采用了基于FPGA的信号处理模块。
参考文献
[1]肖泽龙.无线电近程探测原理与系统设.北京：北京航空航天大学出版社，2018.
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