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原文传递基于自适应波束形成算法的FMCW雷达干扰抑制技术研究

论文题名：	基于自适应波束形成算法的FMCW雷达干扰抑制技术研究
关键词：	汽车调频连续波雷达;干扰抑制;自适应波束形成;粒子群算法
摘要：	近几年来，伴随着人们生活质量不断提高，装配有调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)雷达的汽车保有量不断增加。多个雷达存在时空交集的可能性增大，雷达之间发生相互干扰的可能性也随之增加，这可能导致雷达系统无法准确获得目标的位置与速度信息甚至无法探测到目标，从而引发严重的交通事故，威胁人身安全、造成个人财产损失。因此，抑制FMCW雷达之间的相互干扰对保障汽车安全驾驶具有重要意义。自适应波束形成技术作为抑制雷达间相互干扰的重要技术之一，自从应用以来一直都是学者们研究的热点。自适应波束形成技术是一种空域滤波技术，利用阵列天线的采样数据，通过相应算法得到加权矢量，使得天线的主波束对准期望信号方向，零陷对准干扰信号方向，从而实现对干扰信号的抑制。　　但在实际应用过程中，由于人为因素或者技术限制理想情况难以实现，难免会存在各种误差，这导致传统Capon波束形成算法的干扰抑制效果并不理想。并且现阶段将稳健波束形成算法应用到车辆实际行驶情况下的仿真研究相对较少。因此，为了提高波束形成算法稳健性以及验证算法在车辆行驶过程中的仿真效果，本文对基于自适应波束形成算法的FMCW雷达干扰抑制技术进行了相关研究。本文主要研究内容如下：　　(1)针对入射角估计误差或者局部相干散射造成的期望信号导向矢量失配，使得系统输出信干噪比降低的问题，本文提出了一种基于对角加载技术的变加载值改进稳健自适应波束形成算法。该算法首先对采样协方差矩阵特征分解，利用最大和最小特征值的比值估计输入信噪比；之后利用前后向空间平滑技术处理协方差矩阵，再根据之前求得的比值对处理后的矩阵进行对角加载，根据不同情况自适应地选取不同的对角加载因子；最后根据特征子空间理论对期望信号导向矢量进行优化。该方法在不牺牲大量计算复杂度的前提下，使得波束形成系统在存在导向矢量失配误差时仍能对干扰信号有较好的抑制效果，输出信干噪比较高。　　(2)针对当空间中同时存在与工作FMCW雷达相干和非相干的干扰信号导致无法准确识别目标的问题，本文提出了一种基于粒子群算法波形优化和信号加干扰协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法。该方法首先在雷达信号发射之前，在系统发射端通过粒子群算法根据接收端获取的当前环境中干扰信号参数进行波形优化，使得干扰信号与工作雷达信号的相关程度最小。之后，通过重构信号加干扰协方差矩阵以及对期望信号导向矢量进行优化校正，实现在期望信号导向矢量失配情况下对干扰信号的抑制作用。最后模拟汽车在道路上行驶的场景，此时空间中同时存在与工作雷达信号相干和非相干的干扰信号，运用本文所提方法通过仿真能准确识别出真实目标和其速度、距离信息，具有较好的干扰抑制效果。
作者：	张文韬
专业：	工程(光学工程)
导师：	赵明富;钟年丙;罗洪
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022