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5mm调频探测系统信号处理的研究与实现

作　者: 顿丛丛
导　师: 李跃华
学　校: 南京理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 毫米波调频探测 信号处理 测距精度 DSP 频谱细化 窗谱拟合
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 26次
引　用: 1次
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内容摘要


5mm调频探测系统结合了非大气窗口毫米波良好的保密性,极强的抗干扰性和调频体制雷达的大时宽积,无距离盲区等特点在近程探测中有着广泛的应用。理论上毫米波调频探测系统的测距精度受扫频带宽和调频的非线性的影响,此外,在对目标频谱进行估计时,所使用的测频方法也会带来估计误差,从而影响距离分辨力。实际工程应用中,增大调制频偏会给系统的实现带来困难,且调频的线性度也不能做到理想,故本文主要从测频方法的角度来研究测距精度的提高。“差拍—FFT”结构为毫米波调频探测系统经常采用的测频方法,但FFT固有的栅栏效应使得实际的测距精度很低。ZFFT算法通过对距离谱的局部细化在一定程度上提高了测距精度,但在实际中采样数据一定,ZFFT细化倍数受限,在噪声的影响下,估计也并不理想。为此,文中研究了一种估计差频频率的改进算法——ZFFT窗谱拟合算法,在毫米波调频探测系统信号处理系统的实现上,常采用专门的DSP作为信号处理的硬件平台。本文根据毫米波调频探测系统的信号处理方法及DSP实现的相关研究成果,结合毫米波调频探测系统的实际应用需求,研究并实现了系统的信号处理部分。本文完成的主要工作如下：1)完成了该系统的整体方案设计；2)完成了信号处理算法的设计及实现,研究了一种改进的测频方法——ZFFT窗谱拟合算法。该算法在采样数据一定的情况下,通过对差频信号进行加窗、细化,再进行连续谱拟合估计,以减少细化倍数有限对频谱估计的影响。最后给出了分析结果。3)基于DSP完成了数字信号处理系统的硬件、软件设计和实现,结合调频系统的设计要求,完成了信号处理系统电路板的原理图设计和PCB制作。用C语言实现了该毫米波调频探测系统的主要信号处理算法。4)以研制的毫米波调频探测系统的信号处理器为平台,对硬件和软件的进行了联调,并对实验数据进行了分析。研究结果表明,信号处理系统在功能上符合毫米波调频系统的要求,实验中测试得到的目标距离也达到了项目设计要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1. 绪论  8-11
  1.1 论文研究背景及意义  8
  1.2 非大气窗口毫米波特性及研究概况  8
  1.3 调频探测系统信号处理方法的研究概况  8-9
  1.4 本文的主要工作及内容安排  9-11
2. 毫米波调频探测系统  11-19
  2.1 毫米波调频系统的方案设计  11-12
  2.2 三角波调频测距原理  12-13
  2.3 差频信号分析  13-16
    2.3.1 差频信号的时域分析  13-14
    2.3.2 差频信号的频域分析  14-16
  2.4 调频系统的测距精度  16-18
    2.4.1 系统误差对测距精度的影响  16
    2.4.2 测频方法对测距精度的影响  16-18
  2.5 本章小结  18-19
3. 毫米波调频探测系统高精度测距方法  19-30
  3.1 ZFFT频谱细化方法  19-23
    3.1.1 ZFFT算法原理  19-20
    3.1.2 ZFFT与FFT的对比分析  20-23
  3.2 ZFFT窗谱拟合算法  23-28
    3.2.1 ZFFT窗谱拟合算法原理  23-25
    3.2.2 ZFFT窗谱拟合过程  25-27
    3.2.3 ZFFT窗谱拟合算法的仿真分析  27-28
  3.3 本章小结  28-30
4. 信号处理系统的硬件设计及实现  30-47
  4.1 设计方案  30-31
  4.2 调制信号发生器部分  31-35
    4.2.1 设计思路  31
    4.2.2 芯片选型及功能  31-34
    4.2.3 实现方案  34-35
  4.3 数据采集部分  35-39
    4.3.1 设计思想  35-36
    4.3.2 芯片选型及功能  36-38
    4.3.3 实现方案  38-39
  4.4 DSP处理部分  39-44
    4.4.1 DSP处理的任务  39
    4.4.2 DSP芯片选型及功能  39-42
    4.4.3 实现方案  42-44
  4.5 硬件电路的研制结果  44-45
  4.6 本章小结  45-47
5. 信号处理系统的软件设计及实现  47-54
  5.1 调制信号发生器的程序设计  47-49
  5.2 数据采集部分程序设计  49-50
  5.3 DSP数据处理部分程序设计  50-53
    5.3.1 DSP初始化  51-52
    5.3.2 DSP算法处理程序设计  52-53
  5.4 本章小结  53-54
6. 软硬件联调及实验结果  54-61
  6.1 信号发生器功能调试  55
  6.2 数据采集部分调试结果  55-56
  6.3 DSP数据处理调试  56-57
    6.3.1 DSP系统调试  56-57
    6.3.2 DSP数据处理  57
  6.4 实验及结果分析  57-60
  6.5 本章小结  60-61
7. 总结  61-62
  7.1 本论文工作  61
  7.2 需要进一步开展的工作  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信号处理
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