雷达近距离探测与跟踪技术研究

【摘要】：虚拟现实技术因其具有沉浸性、交互性和想象性的特点,在近几年来在各个领域都发展的十分迅速。随着虚拟现实技术的快速发展,虚拟现实技术的应用已经突破了传统的军事和空间开发领域,渐渐扩展到科学计算可视化、建筑设计、工业设计、教育、娱乐、医学等领域。在一个虚拟现实的系统中,传感器是连接外部环境与虚拟环境的桥梁,传感器能够感受到被测量对象的信息,并能将测量到的物理量通过数理规律变换为便于记录、传输、测量的电平信号。 本论文针对虚拟高尔夫系统,虚拟高尔夫系统是将虚拟现实技术与高尔夫体育运动相结合的虚拟现实系统。系统通过传感器实时传输、储存和记录现实环境中的高尔夫球运动参数,并在虚拟场景中实时渲染和还原高尔夫球的运动过程,高尔夫系统能够实现在虚拟环境与现实环境之间的交互。然而,由于本系统中外部环境中高尔夫球运动速度快、飞行时间短,在高速飞行的部分很难通过高速摄像机实时、精确的测量高尔夫球运动参数,在很大程度上影响整体性能。因而,提出通过雷达的手段测量高速飞行高尔夫的运动参数,进而提高虚拟高尔夫系统的性能。 首先,论文结合虚拟高尔夫系统的性能需求,研究了雷达的工作原理和种类。在分析雷达系统工作原理的基础上,对比当前雷达系统中常用波形的性能参数,提出选择线性调频脉冲波形,最终完成了线性调频脉冲雷达的波形设计 然后,本文对脉冲雷达的线性调频信号处理技术和目标跟踪的滤波算法进行了研究,在完成波形设计的基础上,根据运动高尔夫球的特点,分析了其回波特性,得到其回波信号。由于回波信号中掺杂大量的杂波和干扰,通过动目标显示技术和脉冲压缩技术等信号处理方法提高了系统带宽和信噪比,有效抑制消除了杂波信号,使得目标的回波与杂波信号较好的分离。在此基础上,论文对目标跟踪技术进行了研究,分析对比了目前常用目标跟踪方法性能,建立了高尔夫球运动模型集。通过坐标系转换将球坐标系转换为笛卡尔坐标系,获得高尔夫的距离和速度笛卡尔坐标系下的信息,提出基于通过多模型交互的方法实现高尔夫跟踪,通过实验仿真对比并验证了该方法的可行性和有效性。 最后,论文对线性调频雷达的探测精度和探测距离进行了FPGA硬件平台的搭建,并对结果进行了误差分析。