一、核心代碼實現

%% 參數設置
c = 3e8;          % 光速 (m/s)
fc = 24e9;        % 載波頻率 (Hz)
B = 40e6;         % 帶寬 (Hz)
PRF = 1000;       % 脈衝重複頻率 (Hz)
fs = 10e6;        % 採樣率 (Hz)
T_chirp = 100e-6; % 單個chirp持續時間 (s)
N_samples = T_chirp * fs; % 每個chirp採樣點數

%% 信號生成
t = linspace(0, T_chirp, N_samples); % 時間向量
tx_signal = exp(1j*2*pi*(fc*t + 0.5*B*t.^2/T_chirp)); % 線性調頻信號

%% 模擬回波(含多普勒效應)
v_target = 30;    % 目標速度 (m/s)
lambda = c/fc;    % 波長 (m)
fd = 2*v_target/lambda; % 多普勒頻移 (Hz)
delay = 2 * 100/(3e8); % 假設目標距離100m的延遲

rx_signal = exp(1j*2*pi*(fc*(t-delay) + 0.5*B*(t-delay).^2/T_chirp))...
           .* exp(1j*2*pi*fd*t); % 回波信號(含距離和速度)
rx_signal = rx_signal + 0.1*randn(size(t)); % 添加高斯噪聲

%% 混頻處理
mix_signal = tx_signal' .* conj(rx_signal); % 混頻得到中頻信號
ifft_signal = ifft(mix_signal); % 逆傅里葉變換

%% 頻譜分析
N_fft = 1024; % FFT點數
P = fft(ifft_signal, N_fft); % 功率譜
f = (0:N_fft-1)*(fs/N_fft); % 頻率軸

%% 速度計算
[~, idx] = max(abs(P(1:N_fft/2))); % 尋找峯值頻率
measured_fd = f(idx); % 測量多普勒頻移
measured_v = (measured_fd * lambda)/2; % 計算速度

%% 結果顯示
fprintf('目標速度: %.2f m/s\n', measured_v);
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, real(rx_signal));
title('接收信號時域波形');
xlabel('時間 (s)');
ylabel('幅度');

subplot(2,1,2);
plot(f, abs(P));
title('頻譜分析結果');
xlabel('頻率 (Hz)');
ylabel('幅度');
xlim([0 10000]);

二、關鍵算法解析

1. 多普勒頻移計算
fd=λ2v
  • λ:載波波長
  • v:目標徑向速度
2. 混頻處理原理

通過發射信號與接收信號的共軛相乘,消除載頻分量,保留多普勒頻移信息:

IF(t)=stx(t)⋅srx∗(t)
3. 噪聲抑制策略
  • 添加漢寧窗抑制頻譜泄漏
  • 使用相干積分提高信噪比
% 窗函數處理
window = hanning(N_samples);
rx_signal = rx_signal .* window';

三、擴展功能實現

1. 多目標檢測(CFAR算法)
% 恆虛警率檢測
window_size = 100;
guard_cells = 10;
scale_factor = 3;
cfar_pfa = 1e-4;

[~, cfar_idx] = cfar_detector(P, window_size, guard_cells, scale_factor, cfar_pfa);
2. 實時數據採集接口
% 串口數據讀取(假設使用USB轉串口)
s = serialport("COM3", 115200);
data = read(s, 1024, "uint8");
raw_signal = complex(data(1:2:end), data(2:2:end));
3. 動態參數調整
% 通過滑動條實時調整參數
s = uicontrol('Style','slider','Position',[20 20 200 20],...
              'Min',10,'Max',100,'Value',30,@(src,event) update_plot(src.Value));

function update_plot(v)
    global measured_v;
    measured_v = (v * lambda)/2;
    % 更新圖形顯示
end

四、性能優化

  1. GPU加速
% 使用並行計算工具箱
if canUseGPU
    rx_signal_gpu = gpuArray(rx_signal);
    P_gpu = fft(rx_signal_gpu, N_fft);
    P = gather(P_gpu);
end
  1. 多線程處理
% 啓動並行池
parpool('local',4);
parfor i = 1:N_chirps
    process_chirp(i);
end
  1. 內存優化
% 預分配內存
data_buffer = complex(zeros(N_samples, N_chirps));

五、測試數據生成

% 生成仿真數據(含噪聲)
t = linspace(0, T_chirp, N_samples);
true_v = 25; % 真實速度
fd = 2*true_v/lambda;
tx = exp(1j*2*pi*(fc*t + 0.5*B*t.^2/T_chirp));
rx = exp(1j*2*pi*(fc*(t-2 * 100/c) + 0.5*B*(t-2 * 100/c).^2/T_chirp))...
     .* exp(1j*2*pi*fd*t);
rx = rx + 0.05*randn(size(t)) + 1j*0.05*randn(size(t)); % 復噪聲

六、結果驗證方法

1.理論值對比

error = abs(measured_v - true_v)/true_v * 100;
fprintf('測速誤差: %.2f%%\n', error);

2.ROC曲線分析

snr_range = 0:5:30;
pfa = 10.^(-snr_range/10);
det_prob = zeros(size(snr_range));

for i = 1:length(snr_range)
    det_prob(i) = detect_probability(snr_range(i));
end

semilogy(snr_range, det_prob, '-o');
xlabel('信噪比 (dB)');
ylabel('檢測概率');

參考代碼 多普勒連續波雷達在matlab上的測速程序 www.youwenfan.com/contentcsm/70120.html

七、典型應用場景

  1. 交通測速: 車輛速度範圍:0-200 km/h 測量精度:±1 km/h 更新率:10 Hz
  2. 無人機避障: 探測距離:0.1-50 m 角分辨率:1° 多目標跟蹤:支持10+目標

八、常見問題解決

問題現象

解決方案

參考來源

頻譜雜波干擾

添加MTI濾波器

速度模糊

採用雙通道正交接收

測量漂移

引入參考信號校準

實時性不足

使用FPGA加速


該方案結合了傳統FFT方法和現代信號處理技術,可通過調整參數適應不同應用場景。建議使用MATLAB的Signal Analyzer工具進行頻譜分析驗證,實際部署時可移植到DSP或FPGA平台。