超宽带雷达关键技术研究

【摘要】： 超宽带（UWB）雷达是一种新体制雷达，它的信号带宽很宽，具有高距离分辨 率（HRR），在雷达探测、成像、精确定位、目标识别等技术中得到广泛应用。本 文主要以超宽带技术为线索，围绕超宽带雷达研究领域的一些主要关键技术，如 目标建模、信号处理、接收机设计以及超宽带信号在通信中的新应用等方面展开 研究工作，取得了有应用价值的成果。 1．建立起完整的超宽带雷达回波模型式和对回波信号进行仿真。 针对UWB雷达的建模研究不完善，研究UWB雷达的目标回波建模。在UWB 信号照射下，不同类型散射中心的散射强度与频率有关，目标冲击响应在时域上 除表现为冲击脉冲外，还有别的函数形式。把文献中的一些UWB雷达模型式推 广，得到一般的模型表达式，该模型式全面反映了超宽带雷达散射特征。在此基 础上，对UWB线性调频信号的目标回波进行仿真。得到早期响应回波。 根据文献对UWB雷达目标冲击响应的数学近似描述，在目标散射中心分布设 定的条件下，研究了线性调频、相位编码和冲击脉冲三类常用超宽带雷达信号的 目标回波建模。 2．推导出超宽带雷达方程和研究了不同信号处理方式对信号分辨率的影响。 这两个方面涉及到UWB雷达系统的性能。雷达作用距离与雷达方程密切相 关，UWB雷达方程中各分量如天线方向性因子、目标有效散射面积和接收天线 有效面积等均为频率的函数，窄带雷达方程在UWB雷达中不再适用，本文从理 论上推导出超宽带雷达方程式。 从信号带宽角度看，相同带宽的时域、频域超宽带信号具有相同的距离分辨率。 但由于信号处理方式不同，得到的目标实际分辨能力并不相同。研究结果表明， 对时域信号进行直接采样处理获得的对邻近强弱目标分辨率比脉压信号作相关处 理时更高。这两方面的工作使UWB雷达理论更加完善。 3．对超宽带雷达信号处理技术进行了以下研究工作。 超宽带频率步进信号是近年研究的热点，本文首先分析了矩形、线性调频（LFM） 子脉冲组成的频率步进信号的工作原理、静止和运动时的成像特点。然后基于频 率步进雷达获取的目标一维距离输出像，提出了一种目标检测方法，该方法性能 优于传统检测技术，且该方法可推广到对任意高分辨雷达获取的一维距离像进行 目标检测。 近年兴起的小波变换具有时频高分辨特性，非常适用于对具有非平稳性的超 宽带雷达目标回波进行处理。文中研究了它在UWB雷达信号处理中的应用，理 中文奶要 论分析表明，对宽带信号的相关处理相当于基于小波的时间尺度域匹配滤波：进 而，提出利用连续小波变换从目标距离像中提取散射中心，它优于传统的傅氏变 换方法。最后，研究了UWB雷达的射频干扰抑制问题，提出基于LMS的自适应 干扰抑制方法，该方法具有简易、高效的优点。 4．完成了超宽带雷达数字接收实验样机射频前端的研制工作。 宽的信号带宽及高速器件性能的限制，使宽带数字接收机的研制工作面临一 些挑战。通过提出合理的系统设计方案，解决实验中遇到的实际难题，研制出接 收机前端，它成功用于超宽带雷达接收机实验系统中。同时，理论上分析了采用 模拟I／Q下变频方式的接收机通道幅相误差的产生，针对1、Q通道不平衡问题， 提出一种适用于宽带接收接收机的幅相误差校正方案。 5．对超宽带信号在无线通信中应用进行了研究。 通过分析UWB信号实现跳时扩频多址接入通信的原理，研究UWB通信的信 号处理问题，以及对系统误比特率和信道容量这两方面的性能进行分析、仿真， 证明了在密集多径环境中实现超宽带通信的可行性。