基于xWR1443毫米波雷達(dá)的參數(shù)估計(jì)與微多普勒仿真（MATLAB）

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2023年度會(huì)員內(nèi)容更新公告（05.04）

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【正文】

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代碼運(yùn)行平臺(tái)：MATLAB2022a

操作系統(tǒng)：Windows 10 專業(yè)版

文件目錄：

1、參數(shù)設(shè)置

雷達(dá)的參數(shù)按照原始數(shù)據(jù)采集的參數(shù)來(lái)設(shè)置，本文的MATLAB仿真中設(shè)置的雷達(dá)參數(shù)如下所示，同時(shí)設(shè)定了距離維和速度維的坐標(biāo)軸。

%% 參數(shù)設(shè)置n_chirps=128;                   %每幀脈沖數(shù)n_samples=256;                  %采樣點(diǎn)數(shù)/脈沖N=256;                          %距離向FFT點(diǎn)數(shù)M=128;                          %多普勒向FFT點(diǎn)數(shù)
fs=10e6;                        %采樣率c=3.0e8;                        %采樣率f0=77e9;                        %初始頻率lambda=c/f0;                    %雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)d=lambda/2;                     %天線陣列間距
Tc=50e-6;                       %單chirp周期Tf=40e-3;                       %幀周期B=1344.19e6;                    %信號(hào)帶寬HzrangeRes=c/2/B*Tc/2*fs/N;       %距離刻度Ts=0127*Tc;                 %快時(shí)間軸Ta=0255*Tf;                 %總時(shí)間軸
Rr=0(N-1)*rangeRes;   %距離軸Vr=(-M/2:M/2-1)*lambda/Tc/M/2;  %速度軸

2、數(shù)據(jù)讀取

數(shù)據(jù)讀取采用TI官方提供的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在本文的仿真程序中采用readDCA1443()函數(shù)，得到4個(gè)接收通道的數(shù)據(jù)。

%% 數(shù)據(jù)讀取fname='adc_data.bin'; %文件路徑名稱adcdata =readDCA1443(fname);n_frame=floor(length(adcdata)/n_chirps/n_samples); %數(shù)據(jù)總幀數(shù)
data_rx1= reshape(adcdata(1,:),n_samples,n_chirps,n_frame); %RX1數(shù)據(jù)data_rx2= reshape(adcdata(2,:),n_samples,n_chirps,n_frame); %RX2數(shù)據(jù)data_rx3= reshape(adcdata(3,:),n_samples,n_chirps,n_frame); %RX3數(shù)據(jù)data_rx4= reshape(adcdata(4,:),n_samples,n_chirps,n_frame); %RX4數(shù)據(jù)
%微多普勒數(shù)據(jù)profile=zeros(n_frame,n_chirps);

3、距離速度譜

利用距離維FFT和速度維FFT實(shí)現(xiàn)，其中在距離維FFT之前采用相量均值相消去除了零頻，窗函數(shù)選擇海明窗。仿真結(jié)果如下所示：

4、非相參積累

疊加四個(gè)通道的信號(hào)幅值，如下所示：

 rx_2dfft=abs(rx1_2dfft)+abs(rx2_2dfft)+abs(rx3_2dfft)+abs(rx4_2dfft);

結(jié)果如下所示：

5、二維CFAR

CFAR參數(shù)根據(jù)雷達(dá)的分辨率等參數(shù)設(shè)定，本文仿真的參數(shù)設(shè)置如下所示，其中，虛警概率pfa =10^-6。

%通過(guò)完整的距離多普勒?qǐng)D滑動(dòng)窗口%在兩個(gè)維度中選擇參考單元的數(shù)量Tr = 8; Td = 4;%選擇被測(cè)單元（CUT）周?chē)鷥蓚€(gè)維度的保護(hù)單元數(shù)量，以進(jìn)行準(zhǔn)確CFAR檢測(cè)Gr = 4;Gd = 2;

結(jié)果如下所示：

2D CFAR的算法執(zhí)行效率較低，讀者可以根據(jù)需求選擇先進(jìn)行速度維CFAR，然后再進(jìn)行距離維CFAR。

6、峰值搜索

首先建立檢測(cè)矩陣，擴(kuò)展補(bǔ)零，便于檢測(cè)邊界目標(biāo)。

rx_2dcfar_temp=padarray(rx_2dcfar,[1,1],0);   %建立檢測(cè)矩陣，擴(kuò)展補(bǔ)零，檢測(cè)邊界目標(biāo)[r,c]=size(rx_2dcfar);                        %矩陣大小

建立3*3的滑窗，通過(guò)找出滑窗內(nèi)最大的值及其坐標(biāo)，用于后續(xù)提取峰值點(diǎn)。

for i=1:r                                     %創(chuàng)建3*3滑窗，找出較滑窗內(nèi)數(shù)據(jù)最大值，剩余用0覆蓋    for j=1:c        if  rx_2dcfar_temp(i+1,j+1)>0                               a=rx_2dcfar_temp(i:i+2,j:j+2);    %創(chuàng)建3*3滑窗            b=max(max(a));                    %找出較滑窗內(nèi)數(shù)據(jù)最大值            [x,y]=find(a==max(max(a)));       %找出較滑窗內(nèi)數(shù)據(jù)最大值在滑窗內(nèi)坐標(biāo)            temp=zeros(3,3);                  %創(chuàng)建3*3全0矩陣            rx_2dcfar_temp(i:i+2,j:j+2)=temp; %用3*3全0矩陣覆蓋檢測(cè)矩陣內(nèi)數(shù)據(jù)，代表檢測(cè)矩陣數(shù)據(jù)檢測(cè)完成            temp(x,y)=b;                      %創(chuàng)建3*3全0保留最大值的矩陣            rx_2dcfar_temp(i:i+2,j:j+2)=temp; %用上述矩陣覆蓋數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)數(shù)據(jù)，        end    endend
rx_2dcfar_plots=rx_2dcfar_temp(2:r+1,2:c+1);

效果如下所示：

7、微多普勒

微多普勒提取沒(méi)有采用STFT法，而是直接提取RD譜中的低速部分速度，作為微多普勒。這種方法比較簡(jiǎn)單，也能在一定程度上近似微多普勒，工程上比較實(shí)用。

但是這種方法需要精細(xì)確定目標(biāo)檢測(cè)點(diǎn)的距離門(mén)分布范圍，否則會(huì)漏掉一些目標(biāo)點(diǎn)。例如，下面的代碼中，j代表距離門(mén)范圍。直接將每一幀的目標(biāo)速度疊加起來(lái)，最后就能夠得到近似的微多普勒譜。

%微動(dòng)多普勒forj=3:6    
   profile(n,:)=profile(n,:)+ rx_2dcfar(j,:);
end

仿真結(jié)果如下圖所示：

8、角度估計(jì)

采用角度維FFT，角度估計(jì)的其他方法，比如DBF、Capon、MUSIC、壓縮感知以及其他超分辨算法等，需要讀者自行探索，公眾號(hào)以往的一些文章也提到過(guò)一些，可以參考。

9、微多普勒速度時(shí)域包絡(luò)

利用微多普勒頻率fd乘以速度v ，可以得到fd*v =2(v^2)/λ，即得到了以2/λ為幅度系數(shù)的微多普勒速度包絡(luò)v^2,也就是微多普勒速度的功率，如下圖所示。

包絡(luò)檢波得到的是帶通信號(hào)的基帶部分，在本文中也就是微多普勒速度的時(shí)域信號(hào)。

10、微多普勒調(diào)制頻譜圖

微多普勒速度頻域可以利用對(duì)微多普勒速度時(shí)域信號(hào)做FFT求得，而實(shí)信號(hào)FFT得到雙邊譜，如下圖所示。

% 微動(dòng)多普勒繪圖profile=profile';figure(8)colormap(jet);imagesc(Ta,Vr,(profile));title('微動(dòng)多普勒?qǐng)D');xlabel('時(shí)間 s');ylabel('速度m/s');
profile_x=Vr*profile;%微動(dòng)多普勒與速度乘積累加figure(9)plot(Ta,profile_x);xlabel('時(shí)間 s');ylabel('幅度');title("微多普勒時(shí)域包絡(luò)圖")
profile_x=fftshift(fft(fftshift(profile_x,256)));  %FFTFs=1/(Tf*256);F=(-128:127)*Fs; %頻率軸figure(10)plot(F,(abs(profile_x)));title("微多普勒頻域圖");xlabel("頻率 Hz");ylabel("幅值");

這個(gè)譜圖的峰值表示，微多普勒頻率，可以看到上圖，峰值較強(qiáng)的有4個(gè)。

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本文是空閑時(shí)個(gè)人的心得體會(huì)，僅供參考。目前我還有很多內(nèi)容需要學(xué)習(xí)，如果還有沒(méi)有說(shuō)到或者不全面的地方，還請(qǐng)指正，感謝大家。

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