【4期】(修改版)TDM-MIMO雷达信号处理MATLAB仿真(雷达入门课系列文章(3))

作品简介

本文全面地、详细地阐述了FMCW TDM-MIMO毫米波雷达的工作原理,同时配套MATLA仿真实现方法,非常适合于雷达刚入门的同学参考学习,并引导大家基于TDMA-MIMO扩展到DDMA-MIMO,进而在宏观上认识雷达,从微观上掌握雷达,形成雷达学习过程中战略与战术的统一。

DDMA波形MATLAB仿真程序: FMCW DDMA-MIMO 雷达波形MATLAB仿真 (mbd.pub)

立足于本文,雷达初学者下可掌握雷达基本原理,上可继续在本文的基础之上扩展DDMA或其他调制波形(只需修改发射信号模型即可),以及聚类、跟踪等雷达数据处理,甚至是雷达通信一体化(通感一体化)等算法的仿真。在本文分享的MATLAB仿真代码程序中会引出如何生成多帧的雷达数据,用于后续的雷达数据处理。

然而,雷达信号处理和数据处理的理论远远不止限于此,但雷达的科普一直持续在入门阶段,我们不能只停留在这里,因此本文算是雷达入门科普的一个闭环文章,以后希望随着我个人见闻的增加,能够分享更加有深度的雷达科普内容。

〇、基础知识介绍

1、FMCW叫做调频连续波,调频连续波有步进调频连续波(SFMCW)、线性调频连续波(LFMCW),以及其他非线性调频连续波。LFMCW有锯齿波和三角波等等;锯齿波有恒定调制周期的锯齿波和非恒定周期的锯齿波。关于FMCW雷达目标检测的基本原理可以参考Tide官方文档:Introduction to mmwave sensing:FMCW radars.pdf和The fundamentals of millimeter wave sensors。

2、MIMO是多输入多输出(Multiple input Multiple output),也就是多发多收。关于MIMO的基本原理可以参考TI的官方文档:MIMO radar.pdf

TDM-MIMO也就是时分复用的多发多收,也称为TDMA-MIMO。DDMA-MIMO是多普勒多通道分离的多发多收。除了TDMA、DDMA外,还有CDMA等MIMO发射波形,总结如下表:

TDM-MIMO也就是多个发射天线分时间轮流发射信号,但每个发射信号之间信号模型都是一样的;但DDMA是多个天线同时发射信号,每个发射信号之间的初始相位是按照chirp数和发射天线数量变化的。具体关于DDMA的原理可以参考TI官方文档:基于AWR2944的汽车雷达DDMA波形的原理和实现.pdf。

上述文章是本文的基本理论基础,如果还要更加深层次了解雷达的基本原理,那么推荐看下面这两篇文章:

1.调皮连续波:雷达入门系列文章(3)| 毫米波雷达信号处理入门教程

2.调皮连续波:雷达原理 | 用MATLAB信号处理是如何解算目标的距离和速度信息的?

好了,理论研究得差不多了,那么我们就开始讲仿真吧。

上述过程可以采用多帧重复运行,连续多帧多目标运动的演示效果如下图所示:


一、总结概述

本文的仿真流程主要如下所示:

1、雷达参数生成;

2、信号模型构建;

3、IQ通道校正;

4、雷达信号处理之距离估计(1D-FFT);

5、雷达信号处理之速度估计(2D-FFT);

6、雷达信号处理之角度估计(3D-FFT);

7、多通道间的非相干积累;

8、CFAR检测;

9、峰值检索;

10、多普勒相位补偿

11、DOA估计。





创作时间:2023-08-12 19:38:24