基于Lanczos压缩的FMCW雷达目标检测方案

摘要

调频连续波(FMCW)毫米波雷达因其高分辨率、强穿透能力与低功耗特性,在自动驾驶、安防监控等领域广泛应用.然而,传统的基于二维快速傅里叶变换(2D-FFT)的目标检测方法在处理大规模中频数据时,计算复杂度高、耗时长,难以满足毫秒级实时性需求.针对上述问题,本文提出一种基于Lanczos压缩的恒虚警检测加速方法,并部署在FPGA(Field Programmable Gate Array)上.该方法通过Krylov子空间投影逼近主成分向量,能够实现从O(NMlog(NM))到O(NM)的复杂度下降.算法在主成分投影后采用一维CFAR(Constant False Alarm Rate)获取候选点,并结合精简的二维CFAR窗口进行目标确认,能有效降低运算量并保持检测精度.在Xilinx XC7Z020CLG400 FPGA平台上的实测结果表明,该方案在处理256×512矩阵时耗时为0.36 ms,平均功耗仅0.76 W.在公开数据集与模拟多目标场景下,系统实现了0.48%的平均虚警率和2.93%的漏检率,验证了所提方法的高精度、低耗时和高能效特性.该研究为毫米波雷达实时目标检测提供了一种高性能、低功耗的硬件实现方案,具有广阔的工程应用前景.

关键词

调频连续波 / 目标检测 / Lanczos / 二维快速傅里叶变换