基于MATLAB图形用户界面的雷达数据处理浅析

秦胜贤

摘 要 本文所讲的雷达是调频连续波体制，雷达输出的AD采样数据和雷达点迹数据。利用MATLAB图形用户界面（GUI），动态显示并处理雷达输出的数据，使数据结果更加直观，有利于雷达数据的分析和雷達参数优化。同时叙述了GUI控制面板的常用控件，解释其程序编制方法。

关键词 线性调频连续波;雷达数据;MATLAB;GUI

引言

雷达研发过程，利用MATLAB图形用户界面（GUI）来实时动态显示并处理，当雷达输出AD数据时，通过GUI控制面板的常用控件，实现网络采数，并引导数据做快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT），将原AD采样数据中所带有的距离和多普勒信息分离并提取出来，并显示两维FFT结果。当雷达送出点迹数据，通过GUI控制面板的常用控件，读取雷达送出的点迹数据，可更加直观看到目标距离与其功率谱幅值的关系，多普勒速度与幅值的关系，同时可通过GUI控制面板的控件来改变雷达参数，观察雷达输出结果，并优化雷达工作参数。

1线性调频连续波雷达原理

该雷达为锯齿波线性调频连续波体制，雷达接收到中频信号，通过信号系统完成信号采样，该信号有距离/多普勒两个维度的信息，具有两维分辨能力。距离/多普勒处理是通过观测回波频率的脉冲到脉冲间的变化，提取出非模糊的距离和多普勒信息，回波的傅里叶变换导出频率域的距离信息，可以形成一连串距离单元。对于每个距离单元而言，脉冲序列的傅里叶变换导出脉冲到脉冲间的相位变化，这种相位变化对应于这一距离上的目标多普勒频移，通常距离单元的大小与LFMCW的扫频宽度有关，采用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT）可将该信号中所带有的距离和多普勒信息分离并提取出来。

2MATLAB图形用户界面设计工具

MATLAB是功能强大的科学应用软件，不仅可以实现数值计算、信号处理，图像处理、系统仿真等功能，还具有界面友好、操作方便的图形用户界面，图形用户界面简称GUI设计技术，可实现人机交换信息，通过各种图形控件的操作来运行回调函数，其中回调函数可实现读取数据、数据处理、绘图等功能。本文中GUI设计包括控制模块（开始、暂停和清除键）、输入数据模块（网络或者串口）、雷达核心算法模块和数据输出模块等组成，对于不同体制雷达的需求，各个模块也易于移植，便于设计不同要求的仿真、测试平台[1]。

3图形用户界面（GUI设计）的实现

本部分为两个部分：处理雷达AD实时数据、读取雷达点迹，分析数据，优化参数。ATLAB图形用户界面如图1、2所示，

（1）如图1所示，当雷达实时输出AD采样数据，通过GUI控制面板上的触碰按钮（push button）控件即“打开网络”，MATLAB系统会调用函数open_tcp_Callback，在这个函数里会打开网络TCP服务端，接收数据并引导数据做快速傅里叶变换（FFT），将原AD采样数据中所带有的距离和多普勒信息分离并提取出来，通过调用函数scatter和mesh将两维FFT数据，在坐标轴（axes）控件显示。可通过触碰按钮（push button）控件即“清除显示”，MATLAB系统会调用函数tcp_quit_Callback，在该函数里断开网络TCP，清除显示[2]。

（2）如图2所示，当雷达实时送出雷达点迹数据时，通过GUI控制面板上的触碰按钮（push button）控件即“读取数据”，MATLAB系统会调用函数pushbutton1_Callback，在这个函数查询数据文件名和位置，并读取数据、处理数据，通过可编辑文本（edit text）控件来设置雷达参数，调用函数scatter将数据显示到坐标轴（axes）控件上，并通过滑动条（slider）控件打印数据，更加直观显示，优化雷达参数。

4数据分析

（1）在本雷达系统中的每个调频周期为144us，每次通道切换时延迟16us，即共有160us，其中有效调频周期为T=128us，一个通道160us，两个通道共320us，128组总时长为40.96ms。发射信号带宽为126MHz，有效带宽112MHz。AD采样率定为8MHz，在一个有效调频周期内（128us）采样1024点，雷达信号处理得到最大探测距离根据公式计算686m ;调频连续雷达的理论距离分辨率能力由有效调频带宽决定的分辨率能力，其可达到的距离分辨率1.34m，雷达信号处理得到最大不模糊速度根据公式计算为9.7m/s，雷达速度分辨率根据公式计算得0.15m/s。雷达实采数据做两维FFT处理，得到两维频谱，从谱中可以得到速度、距离以及方位[3]。

（2）在本雷达研制初期，雷达的技术状态还没有固化，还有些参数不能确定，为了更加有利与优化雷达参数，本文利用GUI图形界面读取雷达数据，如图3所示，分析目标距离增加雷达回波功率谱的变化而优化参数，设计不同距离的不同门限，这不仅仅可以直观数据的变化，还可以帮助我们优化雷达门限的设置，减少室外实验。也可优化参数对检测目标角度的影响，以及可直观读取雷达检测目标速度大小和方向，达到人机交互的效果，并且给出数据分析结果。

参考文献

[1] 杜川华，龚耀寰.LFMCW雷达的距离/多普勒处理[J].电子科技大学电子工程学院，2004（1）：28-31.

[2] 袁俊泉.连续波测距雷达信号分析器设计及相关理论与算法研究[D].国防科学技术大学，2004.

[3] 秦辉，席裕庚.基于MATLAB GUI的预测控制仿真平台设计[J].系统仿真学报，2006（10）：2778-2781.