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原文传递车载毫米波雷达系统仿真及算法设计

论文题名：	车载毫米波雷达系统仿真及算法设计
关键词：	车载雷达系统仿真;雷达信号处理;目标跟踪;非线性滤波
摘要：	随着汽车工业技术的飞速发展，人们对汽车安全的要求越来越高，传统驾驶手段完全依赖于驾驶者的判断，在极端环境下会受到较大的制约。然而，车载毫米波雷达的出现有效地改变了这一现状，作为高级驾驶辅助系统中重要传感器之一，它具有全天时、全天候环境感知能力，因此具有广泛的应用前景，而相关技术已经成为各大半导体厂商的研发重点。系统仿真作为研发过程中的一个必经阶段，对降低研究成本和提高开发效率起到重要作用。而有效的数字信号处理算法尤其是目标跟踪算法对于提高雷达信号处理效果尤为重要。　　车载毫米波雷达主要包括模拟射频端和数字基带端两部分，模拟射频端用于产生、发射FMCW信号并接收回波，通过下边频得到携带环境信息的中频信号，数字基带端则负责处理该中频信号，从中提取感兴趣的环境信息并反馈给驾驶者辅助驾驶。基于车载毫米波雷达的系统仿真技术是针对道路场景下雷达的模拟射频电路和数字基带信号处理的模数联合仿真技术，一个合理有效的仿真系统可以提高研发效率，降低研发成本，对推进雷达的设计和生产过程至关重要。本文重点研究毫米波雷达仿真系统，在模拟射频部分，考虑仿真系统应当达到怎样的层级才能既保证仿真效率又保证仿真结果的参考价值；对于数字基带部分，考虑如何有效构建信号处理的功能模块，才能更直接地指导硬件设计者更快地完成相关的数字电路硬件实现工作；同时考虑如何改善其中的目标跟踪算法，使得整体数字基带获得最佳性能。本文的主要创新点包括：　　1、设计了一套基于Simulink的车载毫米波雷达模拟射频仿真系统，具体包括FMCW信号的产生模块、发射模块和接收模块三部分，通过对该射频系统的独立仿真，验证射频信号处理流程的合理性和稳定性，并确定射频端的电路参数和元件基本指标。　　2、设计了一套基于Simulink的车载毫米波雷达数字基带仿真系统，具体包括FFT、CFAR、DBSCAN、DBF和ORPF五大功能模块。根据硬件实现的思路并参照时钟拍的概念来设计模块，设计时，充分考虑数字信号处理过程中模块内部的运作逻辑和时序，模块与模块间的数据端口号定义，以及模块外部协调各模块工作的控制协议，明确数字基带部分的具体工作流程。　　3、针对车载毫米波雷达应用中目标跟踪的野值问题，利用多维观测数据方差重加权技术，提出了野值鲁棒的粒子滤波方法，实测数据试验表明：与经典非线性滤波方法相比，本文提出的方法其均方误差小25%。在此基础上，进一步分析了本文方法的性能限。最后，该滤波方法已应用于数字基带端的目标跟踪部分即ORPF功能模块进行了联合仿真。　　4、设计了一套完整的面向雷达芯片设计的的数模联合仿真系统，实现典型场景下的目标检测、定位和跟踪。基于该模数联合仿真系统，一方面确定射频端的各部分参数和指标细节，另一方面验证数字电路的工作过程，从而指导射频器件的设计和数字硬件电路的实现。
作者：	赖志超
专业：	信息与通信工程;信号与信息处理
导师：	武其松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021