基于MATLAB圖形用戶界面的雷達數據處理淺析

秦勝賢

摘 要 本文所講的雷達是調頻連續波體制，雷達輸出的AD采樣數據和雷達點跡數據。利用MATLAB圖形用戶界面（GUI），動態顯示并處理雷達輸出的數據，使數據結果更加直觀，有利于雷達數據的分析和雷達參數優化。同時敘述了GUI控制面板的常用控件，解釋其程序編制方法。

關鍵詞 線性調頻連續波;雷達數據;MATLAB;GUI

引言

雷達研發過程，利用MATLAB圖形用戶界面（GUI）來實時動態顯示并處理，當雷達輸出AD數據時，通過GUI控制面板的常用控件，實現網絡采數，并引導數據做快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform， FFT），將原AD采樣數據中所帶有的距離和多普勒信息分離并提取出來，并顯示兩維FFT結果。當雷達送出點跡數據，通過GUI控制面板的常用控件，讀取雷達送出的點跡數據，可更加直觀看到目標距離與其功率譜幅值的關系，多普勒速度與幅值的關系，同時可通過GUI控制面板的控件來改變雷達參數，觀察雷達輸出結果，并優化雷達工作參數。

1線性調頻連續波雷達原理

該雷達為鋸齒波線性調頻連續波體制，雷達接收到中頻信號，通過信號系統完成信號采樣，該信號有距離/多普勒兩個維度的信息，具有兩維分辨能力。距離/多普勒處理是通過觀測回波頻率的脈沖到脈沖間的變化，提取出非模糊的距離和多普勒信息，回波的傅里葉變換導出頻率域的距離信息，可以形成一連串距離單元。對于每個距離單元而言，脈沖序列的傅里葉變換導出脈沖到脈沖間的相位變化，這種相位變化對應于這一距離上的目標多普勒頻移，通常距離單元的大小與LFMCW的掃頻寬度有關，采用快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform， FFT）可將該信號中所帶有的距離和多普勒信息分離并提取出來。

2MATLAB圖形用戶界面設計工具

MATLAB是功能強大的科學應用軟件，不僅可以實現數值計算、信號處理，圖像處理、系統仿真等功能，還具有界面友好、操作方便的圖形用戶界面，圖形用戶界面簡稱GUI設計技術，可實現人機交換信息，通過各種圖形控件的操作來運行回調函數，其中回調函數可實現讀取數據、數據處理、繪圖等功能。本文中GUI設計包括控制模塊（開始、暫停和清除鍵）、輸入數據模塊（網絡或者串口）、雷達核心算法模塊和數據輸出模塊等組成，對于不同體制雷達的需求，各個模塊也易于移植，便于設計不同要求的仿真、測試平臺[1]。

3圖形用戶界面（GUI設計）的實現

本部分為兩個部分：處理雷達AD實時數據、讀取雷達點跡，分析數據，優化參數。ATLAB圖形用戶界面如圖1、2所示，

（1）如圖1所示，當雷達實時輸出AD采樣數據，通過GUI控制面板上的觸碰按鈕（push button）控件即“打開網絡”，MATLAB系統會調用函數open_tcp_Callback，在這個函數里會打開網絡TCP服務端，接收數據并引導數據做快速傅里葉變換（FFT），將原AD采樣數據中所帶有的距離和多普勒信息分離并提取出來，通過調用函數scatter和mesh將兩維FFT數據，在坐標軸（axes）控件顯示。可通過觸碰按鈕（push button）控件即“清除顯示”，MATLAB系統會調用函數tcp_quit_Callback，在該函數里斷開網絡TCP，清除顯示[2]。

（2）如圖2所示，當雷達實時送出雷達點跡數據時，通過GUI控制面板上的觸碰按鈕（push button）控件即“讀取數據”，MATLAB系統會調用函數pushbutton1_Callback，在這個函數查詢數據文件名和位置，并讀取數據、處理數據，通過可編輯文本（edit text）控件來設置雷達參數，調用函數scatter將數據顯示到坐標軸（axes）控件上，并通過滑動條（slider）控件打印數據，更加直觀顯示，優化雷達參數。

4數據分析

（1）在本雷達系統中的每個調頻周期為144us，每次通道切換時延遲16us，即共有160us，其中有效調頻周期為T=128us，一個通道160us，兩個通道共320us，128組總時長為40.96ms。發射信號帶寬為126MHz，有效帶寬112MHz。AD采樣率定為8MHz，在一個有效調頻周期內（128us）采樣1024點，雷達信號處理得到最大探測距離根據公式計算686m ;調頻連續雷達的理論距離分辨率能力由有效調頻帶寬決定的分辨率能力，其可達到的距離分辨率1.34m，雷達信號處理得到最大不模糊速度根據公式計算為9.7m/s，雷達速度分辨率根據公式計算得0.15m/s。雷達實采數據做兩維FFT處理，得到兩維頻譜，從譜中可以得到速度、距離以及方位[3]。

（2）在本雷達研制初期，雷達的技術狀態還沒有固化，還有些參數不能確定，為了更加有利與優化雷達參數，本文利用GUI圖形界面讀取雷達數據，如圖3所示，分析目標距離增加雷達回波功率譜的變化而優化參數，設計不同距離的不同門限，這不僅僅可以直觀數據的變化，還可以幫助我們優化雷達門限的設置，減少室外實驗。也可優化參數對檢測目標角度的影響，以及可直觀讀取雷達檢測目標速度大小和方向，達到人機交互的效果，并且給出數據分析結果。

參考文獻

[1] 杜川華，龔耀寰.LFMCW雷達的距離/多普勒處理[J].電子科技大學電子工程學院，2004（1）：28-31.

[2] 袁俊泉.連續波測距雷達信號分析器設計及相關理論與算法研究[D].國防科學技術大學，2004.

[3] 秦輝，席裕庚.基于MATLAB GUI的預測控制仿真平臺設計[J].系統仿真學報，2006（10）：2778-2781.