线性调频连续波雷达信号处理及其GPU实现

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1、线性调频连续波雷达信号处理及其GPU实现作者姓名别静指导教师姓名、职称王俊教授申请学位类别工学硕士学校代码10701学号1502121049分类号TN95密级公开西安电子科技大学硕士学位论文线性调频连续波雷达信号处理及其GPU实现作者姓名：别静一级学科：信息与通信工程二级学科：信号与信息处理学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：王俊教授学院：电子工程学院提交日期：2018年6月SignalProcessingofLFMCWRadarandImplementationBasedonGPUAthesissubmittedtoXID

2、IANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSignalandInformationProcessingByBieJingSupervisor:WangJunTitle:ProfessorJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人

3、已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时

4、本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要线性调频连续波（LFMCW）雷达在早期无论是理论基础的研究还是关键技术的发展都远远不及脉冲雷达，导致其应用领域受到极大的限制。然而近年来，LFMCW雷达由于其体制特性在近距离目标探测中表现卓著，逐渐吸引了大批业内科研人员的关注。同时，随着数字信号处理器件性能的飞速提升以及高速数字信号处理技术日新月异的发展，LFMCW雷达关键理论与技术的研究也迈入了全新的发展阶段。本

5、文针对LFMCW雷达信号处理算法及其并行实现技术展开一系列研究。首先，在了解了LFMCW雷达的发展历程、研究现状及其主要优势和弊端的基础上，介绍了LFMCW雷达的系统结构。通过对单个周期的锯齿形LFMCW信号的详细推导和研究发现，目标回波差拍信号的频谱峰值对应的中心频率包含着待检测目标的距离和速度信息，但是距离-速度耦合问题的存在导致无法准确估计目标的真实距离信息。而对多个周期的锯齿形LFMCW进行信号分析可知，运动目标回波差拍信号的频谱峰值会随着调频周期数的增加呈余弦包络变化，该结论为解决距离-速度耦合问题提供了理论支撑。此

6、外，进一步分析了锯齿形LFMCW雷达的探测性能。然后，通过上一章的信号分析，给出了LFMCW雷达目标参数估计的完整信号处理方案。我们对相邻调频周期的目标回波差拍信号频谱进行相减作差来抑制固定杂波，从而实现动目标显示（MTI）。在MTI的基础上，利用快速傅里叶变换（FFT）等效实现多普勒滤波器组来进行动目标检测（MTD），从而达到多周期信号积累和测速的目的。再通过恒虚警（CFAR）目标检测、二次排序选大、点迹凝聚处理和距离多普勒补偿等一系列综合目标检测方法来提取待测目标的参数信息，并针对多组不同参数特征的目标，通过仿真实验对提出

7、的LFMCW雷达信号处理算法的估计性能进行了验证和分析。最后，提出了基于GPU的LFMCW雷达信号处理算法的并行实现技术。先对GPU和CUDA进行了简单介绍，然后详细讨论了LFMCW雷达信号处理中的加窗FFT、MTI、MTD、CFAR和二次排序选大等关键算法在CUDA架构下的并行实现过程，并采用多组仿真数据在不同的软件及硬件平台上实现了LFMCW雷达信号处理算法。通过对目标参数的估计结果和处理算法运行时间的对比分析可以发现，GPU比CPU具有更强大的数据处理和更高效的并行计算能力，从而能够极大地提高大运算量条件下系统的实时性和

8、有效性。I西安电子科技大学硕士学位论文关键词：线性调频连续波（LFMCW）雷达，距离-速度耦合，LFMCW雷达目标检测，GPU，并行处理IIABSTRACTABSTRACTIntheearlyera,thedevelopmentofthelinearfrequencymodu