LFMCW雷达信号处理：一种多段同频等长信号频谱融合频率估计算法

"这篇论文研究了一种针对线性调频连续波(LFMCW)雷达的频率估计新方法，即多段同频等长信号频谱融合法，旨在提高信号频率估计的精度和普适性。该算法通过相位差补偿因子解决了分段信号相位不连续的问题，通过对分段信号频谱进行相位差补偿，形成修正频谱矩阵。然后，利用累积频谱抽取谱和修正频谱计算频谱相关序列，寻找最大值对应的搜索频率作为频率估计值。实验证明，该方法的均方根误差显著低于现有方法，接近Cramer-Rao下限。" 正文: LFMCW雷达是一种广泛应用的技术，主要因其在距离分辨率、截获概率和发射功率控制等方面的优越性能。LFMCW雷达依赖于发射信号与回波信号混频后的差拍中频信号频率来确定目标距离。然而，由于差拍信号的持续时间较短，单段信号的频谱分析通常会出现主瓣宽、频谱泄露和抗噪声能力弱等问题，这限制了频率估计的精度。 为了解决这些问题，研究者提出了一种新的多段信号融合式频率估计方法。这种方法的关键在于处理信号的分段问题，通过设计相位差补偿因子来克服不同信号段之间的相位不连续性。这种补偿因子可以使得即使在信号被分割成多段的情况下，也能模拟出相位连续信号的频谱分析效果。 在具体实现过程中，首先建立一个搜索频率序列，用以确定相位差补偿因子中的未知参数。接着，对分段信号的频谱进行相位差补偿，生成修正频谱矩阵。然后，通过累积频谱抽取谱和修正频谱计算频谱相关序列，这个序列的最大值对应的搜索频率就是所求的频率估计值。这种方法有效地整合了多段信号的信息，提高了频率估计的精度。 数值仿真结果表明，采用该算法进行频率估计时，均方根误差大约是现有方法的1/4到2/3，这意味着它在实际应用中能提供更准确的距离参数估计。此外，其性能接近Cramer-Rao下限，这是频率估计理论上的最佳精度界限，显示了该算法的高度有效性。 这项研究提供了一个创新的频率估计策略，尤其适用于LFMCW雷达系统。通过融合多段同频等长信号的频谱信息，该方法显著提升了频率估计的精度，对于雷达液位仪、精确制导、防撞雷达等领域的应用具有重要意义。未来的研究可能进一步优化这个算法，使其适应更多复杂环境和信号类型，提升雷达系统的整体性能。