基于LFMCW体制的合作式通信辐射源测距及测速技术研究
摘要
与传统应用背景不同，本文主要研究利用线性调频连续波（Linearfrequency
modulatedcontinuouswave，LFMCW）的合作式通信辐射源在大动态范围下的距离、速
度、加速度估计问题。所谓大动态范围，主要指目标具有远距离、高速、加速运动的特
点。线性调频连续波测距的结构简单、距离分辨率高、检测概率低（Lowdetection
probability，LPD）、截获概率低（Lowprobabilityofinterception，LPI），由于LFM信号
的功率谱在调制带宽上几乎为矩形，故不容易进行非合作截获。LFM信号具有较大的带
宽，且测距分辨率和带宽又成反比，因此LFMCW测距具有较好的距离分辨能力；此外，
LFMCW测距除了可以进行距离测量外，同时还可以测量速度以及加速度。本文针对通
信辐射源测距中信噪比较低的情况，对集合经验模态分解、小波去噪、随机共振等方法
进行了研究，以提高信噪比，从而为后续加速度和速度的准确估算提供前提。随后又针
对加速度、速度估计问题，重点对离散多项式变换法进行了研究。
首先，对合作式通信辐射源测距及测速的体制进行了分析，阐明了采用LFMCW体
制的原因，对LFMCW测距的基本原理进行了介绍，通过模糊函数理论分析了系统对加
速度，速度，距离的分辨能力。通过对频谱进行分析，对参数估计理论的频谱泄露和栅
栏效应产生原因以及如何避免进行研究，为后续分析提供理论基础。
其次，针对通信辐射源测距及测速信噪比较低的问题，对集合经验模态分解去噪、
小波去噪进行了简单介绍，对随机共振去噪进行了深入研究。由于随机共振现象，是通
过调节系统参数来实现的，不同频率对应不同参数，在一般情况下不知道目标信号的频
率特征，不能够直接根据频率确定随机共振所需参数，针对这一问题，本文引入非洲秃
鹫优化算法的随机共振方法和变色龙群算法自适应的选择最优的系统参数。对两种自适
应随机共振方法的收敛速度、仿真时间以及输出信号所达到的最大信噪比进行了研究，
并且引入了基于粒子群优化算法的随机共振方法和基于蚁群优化算法的随机共振方法
进行对比.
最后，针对加速度估计的问题，分析了加速度存在对差拍信号产生的影响，加速度
存在时，经混频后的差拍信号的多普勒维频谱发生畸变，如果不对加速度进行估计，加
速度小时会影响速度的估计性能，加速度较大时甚至无法对速度进行估计，进而也会影
响距离的估计性能的问题。LFMCW测距是通过对发射与接收信号的混频得到的差拍信
号进行参数估计来实现距离、速度以及加速度的估计。加速度估计一直是LFMCW测距
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
领域的重点和难点，本文针对加速运动目标参数估计问题，在加速度估计问题中，针对
离散多项式变换方法无法进行非整数估计的现象，提出了两种新型离散多项式变换法，
基于RIFE算法的离散多项式变换法（RDPT算法）和基于CZT的离散多项式变换法
（CDPT算法），并对两种算法的估计性能和计算量进行了分析与比较。
关键词：通信辐射源测距；线性调频连续波；智能优化算法；参数估计
基于LFMCW体制的合作式通信辐射源测距及测速技术研究
ABSTRACT
Differentfromthetraditionalapplicationcontext,thispaperfocusesontheproblemof
distance,velocity,andaccelerationestimationofcooperativecommunicationradiationsources
usinglinearfrequencymodulatedcontinuouswave(LFMCW)inalargedynamicrange.The
so-calledlargedynamicrangemainlyreferstothecharacteristicsofthetargetwithlongrange,
high