Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad mahdi Naghsh,Seyed Mahmoud Modarres-Hashemi
محمد مهدی نقش (استاد مشاور) سیدمحمود مدرس هاشمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Kayvan Babaeian
کیوان بابائیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Improving the Detection Performance and Ranging in FMCW rADAR
From the waveform point of view, radars are divided into two main groups: continuous wave (CW) and pulse radars. In CW radars, the transmitter is always on; in pulse radars however, the transmitter is on intermittently. In this thesis, we focus on CW radars. CW radars are often used for short range applications. Preliminary CW radars are capable of measuring the velocity of targets, but not the range of the target. To overcome this problem, frequency modulated CW (FMCW) radar was proposed. The transmitter of an FMCW radar sends a chirp signal; if a target is present, a shifted version of the transmitted signal enters the receiver where it is first amplified and then further guided to the mixer block. The mixer block multiplies the transmitted signal by the received signal. Then, ideally speaking, the output of the mixer would be multiple sinusoids. The number of the sinusoids and their relevant frequencies are proportional to the number of targets, and the range of targets, respectively. In practice however, due to disturbances such as noise and clutter, the output of the mixer is not pure multiple sinusoids but rather multiple sinusoids buried in noise. For this reason, the output of the mixer is sent to a detector block whose task is to determine the number of targets statistically. Once the number of sinusoids are detected, the estimator block estimates their corresponding frequencies in order to estimate the range and velocity of the targets. Regarding the estimation part of the system, we compare a new estimation method based on the combination of fast Fourier transform (FFT) and the chirp-z transform (CZT) with the conventional MUSIC method. The main focus of the thesis is on the detector block of the FMCW radar. The most well-known detector in FMCW radar is an intuitively proposed adhoc detector. Focusing on the detector block, we model the problem as a multiple composite hypothesis test. Then we propose a multi-step decision rule, which is based on the generalized likelihood ratio test (GLRT). We also apply the proposed detection strategy for the case of moving targets, which is tackled by a simple signal processing technique. The performance of the proposed detector is then compared with the conventional method through simulations. The simulation results reflect the effectiveness of the proposed method in both scenarios. Keywords Radar, FMCW, Detection Theory, Estimation Theory
رادارها از نظر شکل موج به دو گروه پالسی و موج پیوسته تقسیم بندی می شوند. عموماً رادار پالسی در کاربردهای دور برد و رادار موج پیوسته در کاربردهای برد نزدیک به کار گرفته می شوند. در این پایان نامه تمرکز خود را بر روی رادار موج پیوسته معطوف می کنیم. رادار موج پیوسته ی ابتدایی با ارسال سیگنال سینوسی، تنها قادر است سرعت هدف متحرک را بیابد و توانایی به دست آوردن فاصله ی هدف ثابت و فاصله ی هدف متحرک را ندارد. برای حل این مشکلات، رادار FMCW پبشنهاد شده است. فرستنده ی این رادار، سیگنال موج پیوسته ای را ارسال می کند که فرکانس آن به صورت خطی مدوله شده است. در صورت وجود هدف، شیفت یافته ی سیگنال ارسالی وارد گیرنده شده و خروجی میکسر در گیرنده شامل چند سینوسی است که تعداد آن ها متناسب با تعداد اهداف و فرکانس آن ها متناسب با سرعت و فاصله ی اهداف می باشد. در عمل با توجه به وجود نویز، کلاتر و دیگر عوامل مزاحم، سیگنال خروجی میکسر شامل سینوسی خالص نیست، بلکه شامل چند سینوسی مدفون در نویز می باشد. به همین دلیل سیگنال خروجی میکسر در ابتدا وارد آشکارساز شده تا با تصمیم گیری آماری وجود و تعداد اهداف مشخص شود. پس از اینکه بلوک آشکارساز تعداد اهداف را تعیین نمود، در مرحله ی بعدی بلوک تخمین گر، فرکانس سینوسی های مدفون در نویز را تخمین زده تا فاصله و سرعت هر هدف به دست آید. بنابراین در رادار FMCW، آشکارساز وظیفه دارد تعداد سینوسی های مدفون در نویز را تعیین کرده و تخمین گر وظیفه دارد فرکانس آن ها را تخمین بزند. در این پایان نامه به بهبود آشکارسازی در رادار FMCW می پردازیم. مرسوم ترین آشکارساز معرفی شده در رادار FMCW یک آشکارساز اقتضایی (شهودی) می باشد. به همین دلیل در این پایان نامه مدل مساله ی آشکارسازی در رادار FMCW را به دست آورده و آشکارسازی را پیشنهاد می کنیم که دارای پشتوانه ی ریاضی است. پس از آن با شبیه سازی، عملکرد آشکارساز پیشنهادی را با آشکارساز اقتضایی مقایسه کرده و کارآمدی روش پیشنهادی را نشان می دهیم. در ادامه ، مدل مساله ی آشکارسازی هدف متحرک را به دست آورده و آشکارسازی گسترش یافته برای هدف متحرک پیشنهاد می کنیم. پس از آن با شبیه سازی، عملکرد آشکارساز گسترش یافته ی پیشنهادی را با آشکارساز اقتضایی در حالت هدف متحرک مقایسه کرده و کارآمدی روش پیشنهادی را نشان می دهیم. همچنین مرسوم ترین تخمین گرهای معرفی شده در رادار FMCW، روش های پریودگرام و MUSIC می باشند. پریودگرام در عمل توسط FFT پیاده سازی می شود. اخیراً برای پیاده سازی عملی پریودگرام روش FFT-CZT معرفی شده است که دارای دقت تخمین بهتری نسبت به FFT می باشد. از آنجا که در مقالات مقایسه ای بین روش های FFT-CZT و MUSIC نشده است در این پایان نامه با استفاده از شبیه سازی، این دو روش را با یکدیگر مقایسه خواهیم کرد. کلمات کلیدی: رادار، FMCW، تئوری آشکارسازی، تئوری تخمین

ارتقاء امنیت وب با وف بومی