60GHz MIMO FMCW雷达目标定位的设计与实现

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随着定位应用的市场需求与日俱增,60GHz雷达设备作为实现高精度目标定位的一种有效手段,结合目标定位技术,可测量获得人或物的位置、速度、方向等信息,能够应用在室内诸多定位领域中。与超宽带雷达、可见光设备、激光雷达等设备相比,60GHz雷达设备具有定位精度高、穿透能力强、尺寸小等优点。论文依托于教育部产学协同合作育人(英飞凌“中国”)创新创业类项目,以雷达高精度定位应用为研究目的,设计了天线阵列与射频前端电路,基于英飞凌MCU7雷达数字板搭建了60GHz FMCW雷达硬件平台。研究与设计了雷达信号处理算法,完成了雷达定位软件的开发,在软硬件平台上通过了实际测试与验证。具体工作内容从下面四部分概括:1.算法研究与仿真。首先介绍了锯齿波FMCW雷达的信号处理流程,分析了雷达系统测距和测速的基本原理,讨论了测距测速的分辨率和最值问题,并在单目标和多目标两种场景下进行了2D-FFT算法仿真。然后分析了基于CA-CFAR的目标检测算法,给出了对应的2D-CA-CFAR仿真验证结果。最后在研究传统相位法测角原理的基础上,论文中使用了基于MIMO稀疏阵技术的测角方法,仿真对比了不同收发通道数量下的测角性能,验证了测角分辨率高的特点。2.硬件设计。基于BGT60ATR42C射频芯片,设计与制作了射频板。射频板包含天线阵列和雷达射频前端两部分,其中天线阵列采用稀疏阵布局,天线单元增益约为15d Bi。雷达射频前端主要包含了四个功能模块:晶振模块、存储模块、电源去耦模块和连接器模块。3.工程实现。编写了Matlab测试程序,从硬件读取雷达信号并进行信号处理,显示目标定位信息,为软件开发提供算法支持。在Visual Studio 2012环境下使用C++开发了应用程序,能够在GUI界面直观的实时显示出目标坐标信息。4.测试与验证。在软硬件平台上对系统进行调试,保证定位功能正常。使用Matlab进行单、双目标的静止状态下定位测试和运动状态下的测速实验,分析测试精度与测试结果,验证了工程实现的准确性。以行人和角反射器作为目标,最终使用应用程序在室内外进行实测,验证了雷达系统目标定位的准确性、实时性。
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