5mm调频探测系统信号处理的研究与实现.pdf

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1、硕l ：论文5 m m 调频探测系统信号处理的研究与实现 摘要 5 m m 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- F F T “ 结构为毫米波调频探测系统经常采用的测频方法，但F F T 固有的 栅栏效应

2、使得实际的测距精度很低。Z F F T 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，Z F F T 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一Z F F T 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D S P 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D S P 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

3、实现，研究了一种改进的测频方法一Z F F T 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D S P 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P C B 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

4、到的目标距离也达到了项目设计要求。 关键词：毫米波调频探测，信号处理，测距精度，D S P ，频谱细化，窗谱拟合 A b s t r a c t 硕士论文 A b s t r a c t C o m b i n et h eg o o dp r i v a c y , s t r o n gi n t e r f e r e n c ei m m u n i t yo ft h em i l l i m e t e r - w a v ei nt h e n o n - a t m o s p h e r i cw i n d o w 谢t 1 1t h e 丽d el a r g ep l

5、o t , n ob l i n ds p o t so ft h eF Mr a d a rs y s t e m , 5 m mF M r a n g i n gs y s t e mh a sa 、j I ，i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n si nt h es h o r t - r a n g ed e t e c t i o n I n t h e o r y ，t h er a n g i n ga c c u r a c yo fF Mr a n g i n gs y s t e md e p e n d so nt h es w e

6、 e pb a n d w i d t h , b u t i n c r e a s i n gt h es w e e pb a n d w i d t hi sd i f f i c u l tt oa c h i e v e I na d d i t i o n , n o n - l i n e a ro ft h eF M w i l lc a u s et h ei n c r e a s eo ft h es p e c t r a ls i d el o b et h u si n u n d a t et h et a r g e t ，i m p a i r i n gt

7、 h e r a n g i n ga c c u r a c y I nt h ep r o j e c t , t h es t a b i l i t yo ft h eV C O Sf r e q u e n c yi sn o tf i n e ，l i n e a r i t yi s a l s on o ti d e a l T h e r e f o r e ，p e o p l ea l w a y si m p r o v et h er a n g i n ga c c u r a c yt h r o u g hf i n d i n g b e R e rm e t

8、 h o d st om e a s u r ef r e q u e n c y ”B e a t F F T ”i su s u a l l yu s e di nt h em i l l i m e t e rw a v es h o r t - r a n g eF Md e t e c t i o ns y s t e mt o e s t i m a t et h ed i s t a n c eo f t a r g e t ，b u tt h ep i c k e tf e n c ee f f e c t ( P F E ) o f t h eF F Tm a k et h

9、er a n g e a c c u r a c yg r e a t l yr e d u c e d Z F F T , s o m ee x t e n t , i m p r o v e st h er a n g ea c c u r a c yb yp a r t i a l f r e q u e n c ys p e c t r u mr e f i n e m e n t I np r o j e c t s ，S a m p l ed a t el i m i t e d ，r e f i n e m e n tm u l t i p l e r e s t r i c t

10、 e d ，t h eP F Ea l s oe x i t e d , t h ee s t i m a t i o ni Sn o ti d e a li n t h i sc a s e S o ，Z F F TW i n d o w S p e c t r u mF i t t i n gA l g o r i t h mi sp u tf o r w a r d B a s e do nt h er e l e v a n tr e s e a r c hr e s u l t so fs i g n a lp r o c e s s i n ga b o u tm i l l i

11、m e t e rw a v eF M r a n g i n gs y s t e ma n dc o m b i n e d 、析t l lt h ed e m a n do fa c t u a lp r o j e c t , t h i sp a p e ri n v o l v e st h e t h e o r ya n dr e a l i z a t i o no ft h er e a l i z a t i o no ft h e5 m ms y s t e m ，t h i sw o r kc o n t a i n st h ep r o j e c t d e s

12、 i g n ，t h er e s e a r c ho fs i g n a lp r o c e s s i n ga r i t h m e t i c ，t h ed e v e l o p m e n to fh a r d w a r e ，t h e s o f t w a r er e a l i z a t i o no fa r i t h m e t i ca n dt h ed e b u g g i n go fs y s t e m T h em a i nr e s e a r c hw o r ka n d r e s u l t sC a nb es u m

13、 m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 A c c o m p l i s h i n gt h ep r o j e c td e s i g no fa5 m mF Mr a n g i n gs y s t e m ； 2 C o m p l e t i n gt h ed e s i g na n ds i m u l a t o ro ft h es i g n a lp r o c e s s i n ga r i t h m e t i c B a s e do n t h er a n g i n ge r r o ra n a l y s i s

14、 ，p u tf o r w a r da i m p r o v e da r i t h m e t i c - - Z F F TW i n d o wS p e c t r u m F i t t i n gA l g o r i t h m ，a n dc o m b i n e d 、) r i 廿1a c t u a le x p e r i m e n td a t a , p r e s e n t st h er e s u l t s 3 A c c o m p l i s h i n gt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o n

15、o ft h e h a r d w a r ea b o u tt h e s i g n a l p r o c e s s i n gs y s t e m U s i n gt h eD S Pb o a r da sp l a t f o r m ，c o m b i n e dw i t ht h eF Ms y s t e m r e q u i r e m e n t s ，d e s i g nt h eS C Hc h a r ta n dP C Bc h a r tt h e ns e n dt h e m t ot h ef a c t o r y ，c o m p l

16、 e t e a r i t h m e t i co f t h es i g n a lp r o c e s s i n gs y s t e mr a d a r 、析t hCl a n g u a g e 4 U s i n gt h ed e v e l o ph a r d w a r eb o a r da b o v ea s t h ep l a t f o r m ，A c c o m p l i s h e dt h e d e b u g g i n ga n dt e s t i n gb e t w e e nt h eh a r d w a r ea n dt

17、h es o f t w a r ea n dt h e w h o l es i g n a l T T 硕上论文5 m m 调频探测系统信号处理的研究j 实现 p r o c e s s i n gs y s t e m T h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h es i g n a lp r o c e s s i n gs y s t e mi se f f e c t i v ea n dc o i n c i d e n t 、斫t h t h es y s t e m Sd e m a n d T h ee x p e r i m e

18、 n t a lt e s td a t e a l s oi l l u s t r a t e dt h ea l g o r i t h ma n dt h e s y s t e mi sf e a s i b l e K e y w o r d ：M i l l i m e t e r - w a v eF Md e t e c t i o n ，R a n g ea c c u r a c y , D S P , S p e c t r u mr e f i n e m e n t W i n d o w S p e c t r u mf i t t i n g I I I 硕：L

19、 论文5 m m 调频探测系统信号处理的研究与实现 目录 摘要I A b s t r a c t I I ：I 1 者论1 1 1 论文研究背景及意义1 1 2 非大气窗口毫米波特性及研究概况1 1 3 调频探测系统信号处理方法的研究概况1 1 4 本文的主要工作及内容安排一2 2 毫米波调频探测系统4 2 1 毫米波调频系统的方案设计4 2 2 三角波调频测距原理L 5 2 3 差频信号分析6 2 3 1 差频信号的时域分析一6 2 3 2 差频信号的频域分析7 2 4 调频系统的测距精度9 2 4 1 系统误差对测距精度的影响9 2 4 2 测频方法对测距精度的影响。9 2 5 本章小结1

20、 l 3 毫米波调频探测系统高精度测距方法1 2 3 1 Z F F T 频谱细化方法1 2 3 1 1Z F F T 算法原理1 2 3 1 2Z F F T 与F F T 的对比分析1 3 3 2Z F F T 窗谱拟合算法1 6 3 2 1Z F F T 窗谱拟合算法原理1 6 3 2 2Z F F T 窗谱拟合过程1 8 3 2 3Z F F T 窗谱拟合算法的仿真分析2 0 3 3 本章小结2 1 4 信号处理系统的硬件设计及实现2 3 4 1 设计方案2 3 4 2 调制信号发生器部分。2 4 4 2 1 设计思路2 4 4 2 2 芯片选型及功能2 4 4 2 3 实现方案2 7

21、 4 3 数据采集部分2 8 4 3 1 设计思想2 8 4 3 2 芯片选型及功能2 9 4 3 3 实现方案31 4 4D S P 处理部分3 2 V 目录 硕士论文 4 4 1D S P 处理的任务3 2 4 4 2D S P 芯片选型及功能3 2 4 4 3 实现方案3 5 4 5 硬件电路的研制结果3 7 4 6 本章小结3 8 5 信号处理系统的软件设计及实现 4 0 5 1 调制信号发生器的程序设计4 0 5 2 数据采集部分程序设计4 2 5 3D S P 数据处理部分程序设计。4 3 5 3 1D S P 初始化。4 4 5 3 2D S P 算法处理程序设计4 5 5 4

22、本章小结4 6 6 软硬件联调及实验结果。4 7 6 1 信号发生器功能调试4 8 6 2 数据采集部分调试结果。4 8 6 3D S P 数据处理调试。4 9 6 3 1D S P 系统调试4 9 6 3 2D S P 数据处理5 0 6 4 实验及结果分析5 0 6 5 本章小结5 3 7 总结5 4 7 1 本论文工作5 4 7 2 需要进一步开展的工作5 4 致谢 5 5 参考文献5 6 附录 V I 5 9 硕上论文 5 m m 调频探测系统信号处理的研究与实现 1 绪论 1 1 论文研究背景及意义 随着毫米波固态器件等新技术的发展，毫米波技术已经在通信、雷达、辐射测量、 遥感、导弹

23、制导、射电天文和光谱学等领域得到广泛的应用u 】。毫米波调频探测系统 结合了毫米波系统良好的保密性，极强的抗干扰性和调频体制雷达的大时宽积，无距 离盲区等特点在精确制导武器系统、导航与交通管制、搜索与目标截获、汽车防撞系 统、近程探测等领域得到广泛应用【2 ，3 1 。 毫米波技术在实际的应用当中，多见于3 m m 和8 m m 等大气窗口波段，国外发达 国家研制的毫米波调频雷达，如美国的机载高分辨率多传感器系统，法国的直升机防 撞雷达等都在此波段【4 J 。国内在3 m m 、8 m m 波段的研究应用也取得一定的成果，特别 是在毫米波引信和近程探测方面，研究出了适用于军用和民用的各类产品，

24、但对于非 大气窗口【l J 如5 m m 波段的研究应用还不多见。 随着毫米波技术应用领域的深入，在毫米波调频探测系统信号处理方面，传统的 “差频- F F T 【5 J ，处理方法已经不能满足应用中对探测精度的要求。特别是在近程测距 中，由于测量的目标距离较近，测频方法带来的测距误差在某些程度限制了毫米波系 统的应用，故对非大气窗口毫米波特性以及调频系统高精度信号处理方法的研究都成 为毫米波技术研究和应用中的一个重要课题。 1 2 非大气窗口毫米波特性及研究概况 5 m m 波段为毫米波的非大气窗口波段，大气吸收较严重，传输距离短，一般不用于 各种远距离地面通讯或者雷达工作中，但在近程探测，

25、卫星通信中，选择在非大气窗口， 使得系统可以具有较好的抗干扰能力、保密性，以及隐蔽性【l 】。 国外对于非大气窗口毫米波的研究应用，多用于军事领域中，如美国8 0 年代开始的 军事卫星通信系统的“战术、战略和中继卫星系统“ ，使用了5 m m 波段。在此波段，大 气的衰减和损耗极大，地面无法对星际通信内容进行侦听，而在星际，大气极为稀薄， 不会造成信号的衰落。国内对于非大气窗口毫米波的研究应用还处于初步探索阶段，但 日益受到重视，尤其在毫米波引信制导方面，毫米波引信也从大气窗口女n 3 m m 、8 m m 波 段向非大气窗口的波段女n 5 m m ，5 5 m m 等发展。 1 3 调频探测

26、系统信号处理方法的研究概况 调频探测系统信号处理的主要任务是回波信号的检测与目标距离信息的提取。在调 l 绪论 硕士论文 频测距系统中，最直接的方法是测量发射信号和回波信号的差频，从而提取目标的距离 信息。现代信号处理中多采用数字技术来实现，毫米波调频探测信号处理中对差频的估 计也多采用F F T 数字技术。在采用F F T 处理中，频谱估计精度受F F T 频率量化【6 7 ，8 】( 即栅 栏效应) 的限制，在某些要求测量精度较高的场合，F F T 频谱估计达不到所要求的精度。 为提高调频探测系统的测距精度，许多学者提出利用小波变换来提高目标频谱的分 辨率，但小波变换的运算量较大，工程实现

27、也比较困难【9 1o 】。实际中常用局部频谱细化 方法如Z F F T 变换、C h i r p Z 变换【1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 1 等方法对信号的局部频谱进行细化，相对小波 变换，在计算量增加不太多的情况下，在一定程度上提高F F T 的频率估计精度。 相对于C h i r p Z ，Z F F T 在实现方法上更为多样和灵活，在工程中应用较多。Z F F T 算 法主要是通过对频谱的局部细化来提高频率分辨率。它提高的分辨率与细化倍数成正 比，细化倍数越大，提高的分辨率越高。在实际工程应用中，差频信号的采样数据一定， 采用Z F F T 算法时，其细化倍数受

28、F F T 点数和采样数据的限制，不能无限增大，故细化后 的频谱依然为离散谱，存在栅栏效应，其估计误差受噪声和细化倍数的影响，提高的分 辨率并不能达到理想。 1 4 本文的主要工作及内容安排 本文结合项目实际要求，根据毫米波调频探测系统信号处理方法及D S P 实现的研 究成果，主要负责该5 m m 调频探测系统信号处理部分的研制，主要包括方案设计、 信号处理算法研究、系统的软、硬件设计与实现，软硬件的联调及实验数据分析等。 主要内容安排如下： 第一章概述了本论文的研究背景及意义，介绍了非大气窗口的毫米波特性及调频 探测系统信号处理方法的发展概况，对论文的研究内容及结构做出安排。 第二章根据毫

29、米波调频系统的测距原理，结合项目要求给出了系统的整体方案设 计；分析了调频系统的测距原理；根据差频信号的特征着重探讨了产生测距误差的原因。 第三章分析了毫米波调频探测系统常用的提高测距精度的频谱细化方法- Z F F T 算法；在此基础上，研究了一种改进算法_ Z F F T 窗谱拟合算法，并通过仿真分析对 比，验证了算法的正确性和可行性。 第四章根据系统要求，完成了信号处理系统的硬件设计与实现。以T I 公司生产的 5 5 0 9 A 为中心设计了硬件电路的原理图和P C B ，并给出了各个部分的设计思路和方案说 明。 第五章结合该毫米波调频探测系统信号处理的根本任务，在C C S 开发环境

30、中对 调制信号的产生，差频信号频谱估计的Z F F T 窗谱拟合算法进行C 语言编程实现，给 出了设计思路和相应的程序实现流程图。 第六章以研制的电路板为平台，结合仿真器，进行了软硬件联调。说明了调试方 2 硕士论文 5 m m 调频探测系统信口处理的研究与实现 法并给出了调试结果。最后结合前端，给出了整个信号处理系统应用于样机中的实验 结果，并对实验数据进行了数据分析。 第七章总结论文的研究工作，指出论文的不足之处并对今后的研究方向做出展 望。 ， 2 毫米波调频探测系统 硕I ：i g 文 毫米波调频探测系统 由上章节分析可知，5 m m 为毫米波的非大气窗口波段，多应用与近程探测中。本

31、系统对目标的探测距离要求为2 - 8 m ，故在系统参数设计中和最后的实验中也以达到该 要求为目标。 本章节根据项目的整体要求，给出了5 m m 调频探测系统的整体方案设计。在此 基础上，对5 m m 调频探测系统的测距原理和差频信号进行了详细分析，并着重讨论 了毫米波调频系统测距误差的产生原因，为论文对该系统的信号处理算法的研究与分 析打下理论基础。 2 1 毫米波调频系统的方案设计 调频体制分为线性调频和非线性调频两种，非线性调频在实现上比较容易，但由 于每个目标产生的差频频率不是单一的，因此不同距离处的目标不能区分，只适用于 单目标的场合。线性调频方式下，在不考虑多普勒频移情况下，每个目

32、标所产生的差 频频率是单一的，因此不同距离处的目标很容易区分，但线性调频方式对调频线性度 要求很高。 三角波调制【1 6 】和锯齿波调制【1 7 】是线性调频常用的两种方式。在采用三角波调制 时，由于三角波调制过程中上下周期的多普勒频移正负号不同，可通过上下周期对消 的方式消除多普勒频移，从而得到差频频率。本系统在综合考虑了设计要求与各种调 频方式的优缺点后，采用三角波线性调频。图2 1 为该5 m m 调频探测系统的原理框图。 图2 15 t m 调频探测系统框图 由图2 1 可知，该5 m m 调频探测系统主要由调制信号发射部分，差频信号接收部分 和D S P 信号处理部分组成。其中，D

33、S P 信号处理电路控制直接数字频率发生器( D D S ) 产生 三角波调制信号，从而调制压控振荡器( v c o ) 产生调频连续波信号，经定向耦合器由发 4 硕士论文 5 r a m 调频探测系统信号处理的研究与实现 射天线将调制信号辐射出去。当发射信号遇到目标时，目标把部分能量反射回来，接收 天线接收这部分回波信号。回波信号经环流器在混频器中与来自定向耦合器的本振信号 进行混频，混频器输出端输出回波与本振的差频信号。此信号中包含了目标的距离和速 度信息。D S P 信号处理电路通过对接收到的差频信号的处理，可得到目标相应的速度和 距离信息，本文主要研究目标的距离信息。 根据指标要求，该

34、5 m m 调频探测系统的参数设计如下： 调频体制：三角波工作波段：5 m m 调制频率：f m = 3 0 K H z 载频：f i = 5 2 G H z 最大频偏：A F m = 3 2 0 M H z 2 2 三角波调频测距原理【1 8 】 忽略调制过程中寄生调幅的影响，理想对称三角波线性调频系统的“发射一回波” 曲线图如图2 2 所示。图中t 为回波信号的时间延迟，T m 为锯齿波的调制周期，F m 为最 大调制频偏。 L 、 钐。 _ 、 ，j ，)、 心彩暑 k ，人 太_ ，r f L f ， 匕 。 图2 2 二角、破调频糸统测距原理不蕙图 实曲线为发射信号Z 的变化曲线，虚

35、线为回波信号Z 的变化曲线，设石为初始频率， 则图中发射频率Z 和回波的频率，可写成如下的表达式： z ：五+ 譬f ( 2 1 ) z = z o 一，c ) ：f o + 兰姿p 一百) ( 2 2 ) 由于亟= d t 等肌等，c 为糕 混频器输出端的差频信号的频率，表示P n T ： 2 毫米波调频探测系统硕士论文 f “ - M = 鲁T = 等R ( 2 3 ) 由式子( 2 3 ) 可得到距离与差频信号的频率的关系为： 肚恙z ( 2 4 ) 由式子( 2 4 ) 可见，在调制参数乙与钣一定的条件下，差频信号的频率Z 与距离尺 有一一对应关系。但在乞等时间区域内，由于回波频率不再

36、固定不变，差频频率也 不能由式子( 2 3 ) 和( 2 4 ) 求得，与目标距离不再成线性对应关系，故称这些区域为不规则 区域。在这些不规则区域内，采用差频频率来估计目标距离会带来测距误差，所以在系 统的参数选择时，尽量保证乙 t ，以避开了不规则区，使得在整个测距范围内差频 信号的频率与目标距离保持较好的线性关系。 以上分析的前提是目标为静止目标，当目标相对毫米波调频系统有相对运动时，这 里设其距离为R ，径向运动速度为1 ，时，差频信号的频率，表示为： z ：f ( t t ) + 厶：石+ 以等( 卜警) ( 2 5 ) 用 C 式子( 2 5 ) 中厶为目标的多普勒频移，正负号分别表

37、示调制前后半周斜率的正负，在 乃 叫z 而磊赢诜) 臣, 【四Y E S 图3 1 l 最小二乘法拟合过程 由于在Z F F T 窗谱拟合的过程中，把细化的离散距离谱拟合为理论中的连续窗谱， 故在一定程度上减弱了噪声的影响，达到了一定程度的去噪效果，连续窗谱克服了栅 栏效应的影响，从而提高参数估计的精度。差频信号的Z F F T 窗谱拟合估计过程如下： 1 ) 对差频信号进行采样，得到长度为M 的采样序列s ( n ) ： 2 ) 对s ( n ) 做N 点的F F T ，粗估计目标所在距离对应的频谱范围( f l ，岔) ： 3 ) 对粗估计的频谱范围进行Z F F T 加窗局部细化，细化倍

38、数D 满足D 母N 5 M ； 4 ) 对细化后的离散频谱进行连续窗谱拟合； 5 ) 根据拟合后的频率，估算实际距离； 3 2 3Z F F T 窗谱拟合算法的仿真分析 为更好的说明Z F F T 窗谱拟合算法的作用，结合3 1 3 2 实测数据的z F F T 与F F T 仿真对比分析结果，下面给出了目标处于3 3 米时，( 理论差频频率为0 4 5 6 M H z ) 实 验实测数据经Z F F T 细化处理和Z F F T 窗谱拟合处理后的结果。在此仿真分析过程中， 由于采样数据的点数为1 0 2 4 点，F F T 点数为1 2 8 点，加窗函数为汉明窗，抽取的最大 倍数为8 。 从

39、图3 1 2 可以看出，Z F F T 细化处理后对目标的估计频率为0 4 7 M H Z ，图3 1 3 中， Z F F T 窗谱拟合处理后，对目标的估计频率为0 4 6 5 M H Z ，更接近目标的理论频率。这 说明Z F F T 窗谱拟合处理能更好的找到实际目标对应差频信号频谱的最大值，其估计 频率相比F F T 和Z F F T 更精确，从而可更好的估计目标距离，提高测距精度。 硕士论文5 r a m 调频探测系统信口处理的研究j 实现 图3 1 2Z F F T 细化后的频谱 U 4 石D 4 5 口470 4 9 频率M H z 图3 1 3 加汉明窗Z F F T 细化拟合后

40、的频谱 从实现的过程也可以看出，信号的加窗Z F F T 细化，只需要少量的F F T 计算和低 通滤波，低通滤波可以采用比较成熟的F I R 滤波器【2 6 1 ，而拟合的过程在采用抛物线拟 合时，仅需要找到局部细化范围的最大值及其周围的几根谱线，就可以方便的计算出 拟合后的最大频谱值对应的频率的修正量，其计算量增加很少，可以满足系统设计的 实时性。 综上分析可知，在采样数据一定，细化倍数受限的情况下，对差频信号进行处理 时，采用Z F F T 窗谱拟合算法能更好的提高调频系统的测距精度，故在以下的信号处 理系统设计中，选用该算法为差频信号处理的核心算法。 3 3 本章小结 本章介绍了提高频

41、谱分辨率的频谱细化技术Z F F T 算法，并给出了实测实验 2 l 3 毫米波调频探测系统高精度测距方法硕：卜论文 数据的Z F F T 与F F T 的仿真对比分析，结果表明：Z F F T 可以在降低计算量的同时提 高目标的测距精度，但其提高的分辨率与细化倍数有关，在采样数据一定的情况下， 提高的分辨率并不能达到理想。 本章的主要工作是基于对Z F F T 频谱细化技术的分析，提出了对Z F F T 的一种改 进算法一Z F F T 窗谱拟合算法，该算法结合了Z F F T 的优点，通过对信号加窗并细化 后再进行连续窗谱拟合，以减少细化倍数有限对频谱估计的影响。最后给出了实测实 验数据使

42、用该算法的仿真结果，对比z F F T 的仿真结果，表明该算法在采样数据一定， 细化倍数有限的情况下，可更好的提高测距精度。同时，也阐明了Z F F T 窗谱拟合算 法为下文中整个信号处理系统的所使用的核心算法。 硕I ：论文 5 m m 调频探测系统信号处理的研究与实现 4 信号处理系统的硬件设计及实现 4 1 设计方案 5 m m 调频探测系统通过发射调制信号，接受回波信号，对差频信号做频谱分析得 到的目标信息，而频谱分析的实现是基于对差频信号的数字处理。因此，本信号处理 系统主要由调频信号发生器、回波信号的数据采集和差频信号处理三部分组成，主要 完成从差频信号中实时的提取目标的距离信息。

43、 在提取差频信号的频谱信息时，该5 m m 调频探测系统以Z F F T 窗谱拟合算法为整 个差频信号处理的基本算法。由于系统获得目标回波信号的持续时间非常短，对信号 处理电路的实时性要求比较高，故在系统中采用信号处理实时性非常高的D S P 作为整 个信号处理系统的核心，实现系统的逻辑控制和实时信号处理功能。 整个信号处理系统的硬件设计方案如图4 1 所示。主要由D S P 芯片、直接数字式 频率合成器( D D S ) 、模数转换器( A D ) 、F I F O 缓存电路及一些外围电路组成。其中，D S P 芯片是整个信号处理系统的核心，主要完成对调频信号发生部分D D S 和数字采集部分 的控制以及对差频信号的滤波