1。2 国内外发展现状

1。3 论文主要工作及结构安排

1。3。1 论文主要工作

本文深入研究了体积小、成本低的近距离探测 LFMCW 雷达，在 FPGA 基础 上完成对雷达数字信号的处理。具体工作如下：

1。 对 LFMCW 雷达的基本原理进行分析。

2。 设计雷达系统 FPGA 数字信号处理的总体方案，实现基于 FPGA 的雷达数字信号的处理。

3。 对时钟模块、锯齿波产生模块、数模转换模块、模数转换模块、FIFO 缓存 模块、FFT 测距模块、动目标显示和检测模块、恒虚警模块等子模块的进行 设计和仿真验证。

4。 对 MSP430 单片机进行研究，使用单片机驱动 12864 显示屏实现显示功能， 动态显示雷达系统测得的速度和距离。

5。 完成 FPGA 数字信号处理系统与前端硬件电路的联调，并进行场外测试。

1。3。2 论文结构安排

本文结构安排如下：

第一章绪论，对 LFMCW 雷达的研究背景、研究意义以及国内外发展现状 作简要介绍，总结本论文的主要工作，对论文结构进行简要介绍。

第二章 LFM 雷达信号处理的原理分析，对雷达测速和测距的原理进行研究 分析。

第三章 FPGA 实现雷达信号处理的算法研究。首先对 Basys3 开发板进行分 析，其次对开发工具 Vivado 进行介绍，最后给出实现雷达信号分析处理的总体 方案，并对测速和测距功能分别进行研究。

第四章 FPGA 实现雷达信号处理的具体实现方式。这是本文最为重要的部分， 主要对系统的各个子模块进行详细设计、仿真和功能验证。

第五章结论，对本文的主要工作进行总结，并提出改进方案。

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2 基于 FPGA 的 LFM 雷达信号处理的原理

2。1 锯齿波线性调频连续波雷达理论分析

LFM 雷达工作原理[11][12]如图 2。1 所示：

图a 发射和回波

信号瞬时频率

图b 差拍信号 瞬时频率

LFM 雷达工作原理示意图

在图 2。1 的图 a 中，T 表示锯齿波信号的时宽，B 表示线性调频中的最大频 偏。在有效回波的时宽内，将发射与回波信号的瞬时频率随时间的变化规律对比

可知，回波信号在时间上滞后了r(t)，论文网

式(2。1)中，c为光速，r   表示被测目标与雷达径向移动速度，取远离雷达的

方向为正，R 为目标与雷达之间的距离，相邻回波信号与发射信号峰值的差值为

多普勒频差( fd )。线性调制斜率为 k(k = B/T)。

从图 2。1 的图 b 中，可以直观的看出发射信号与其回波信号经混频后得到的

差频信号瞬时频率和差频信号的有效时宽，在目标运动时，该信息还包含了有效 的目标距离和速度信息。

2。1。1 锯齿波 LFM 雷达测距原理

从图 2。1 中可以得到雷达回波延时 r(t)、差频 fb、扫频斜率 k 以及多普勒频 移fd有如下关系：

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fb  = kr(t) − fd (2。2)

在第一个有效回波的时宽内(r ≤ t ≤ T)，设发射波的初始频率为fO，初始相 位为8O。则雷达发射信号的数学表达式为：