基于伪随机码调制的车载激光雷达距离速度同步测量方法

针对双检测器激光雷达系统用于同步测量道路目标距离和速度时存在的成本高、回波利用效率低的问题,提出了一种基于伪随机（PN）码调制的脉冲式多普勒激光雷达结构模型,研究使用单个光外差接收器同步测量目标距离和速度的可行性并通过计算机仿真验证方法的性能。首先,给出激光雷达的系统模型,分析模型在脉冲方式下用于距离和速度测量时存在的问题;然后,讨论通过单个光外差接收器输出的电信号计算目标距离和速度的方法,即计算输出信号与本地调制码的相关函数确定激光飞行时间进而得出目标距离和使用非等间隔采样信号频谱分析方法确定输出信号的多普勒频率进而得出目标的速度;最后通过仿真验证所提出的方法可同时实现目标距离和速度的稳定检测。实验结果表明,在道路环境中该方法可实现目标距离和速度的稳定可靠测量,与直接检测系统相比,测量的灵敏度可提高10 dB以上,且与回波的到达时间、多普勒频率的大小无关。     

基于Golomb序列调制的目标距离速度测量方法

针对连续波激光雷达在同步测量目标距离和速度的应用中存在辐射信号上限峰值功率低、测量极限距离近的问题,提出一种基于Golomb脉冲序列调制的测量信号波形,研究该方法在道路环境中同步测量目标距离和速度的可行性。首先,以一种准连续波,即伪随机（PN）码调制为例分析连续波调制方法存在的发射信号峰值功率低的问题,在此基础上讨论Golomb序列的特征,提出使用Golomb序列调制发射信号提高发射脉冲峰值功率的方法;然后,讨论Golomb序列调制的多普勒信号频谱分析方法和基于数据累加的延迟时间定位方法,实现同步测量目标的速度和距离;最后,在道路目标产生的多普勒频率范围内,通过仿真实验验证该方法的正确性。实验结果表明,在以脉冲序列构成的对多普勒信号平均采样率远低于奈奎斯特频率的条件下,仍然可以通过快速傅里叶变换（FFT）方法获得多普勒信号的频率,从而在发射平均功率恒定的条件下极大提高单脉冲的峰值功率;另外,利用Golomb序列的不等间隔特性,通过数据累加方法可以完成对激光脉冲飞行时间的定位,在保证了速度测量的同时实现对目标距离的测量。     

非等间隔采样信号傅里叶频谱分析方法

针对伪随机(PN)码调制的多普勒激光雷达中固有的对外差信号不能等间隔采样的问题,提出一种新的非均匀采样信号的离散傅里叶变换(DFT)方法。首先,给出距离速度同步测量多普勒激光雷达系统模型,指出对外差信号不能等间隔采样的原因;然后,通过理论推导,提出一种新的非均匀采样信号的频谱分析方法;最后,通过仿真验证该方法可用于分析非等间隔采样信号的频谱。结果表明,在道路运动目标产生的多普勒频率范围内,接收信号信噪比(SNR)为0 dB的情况下,该方法仍可有效分析出不等间隔采样多普勒信号的频率。     

基于VXI总线的四通道智能化任意波发生器的研制

介绍了一种基于VXI总线的四通道智能化任意波发生器及波形调制模块。本模块采用DSP+FPGA实现智能控制,应用先进的DDS(直接数字频率合成器)技术产生任意波,输出波形可加载波进行调制;本模块具有四个独立的通道,相互之间进行电气隔离,可输出幅度连续可调的电压和电流信号。     

取样脉冲对平衡式取样积分微分电路性能影响

取样脉冲是影响超宽带无线电引信接收机性能的关键因素。在分析取样积分微分电路工作原理的基础上,建立了其频域和时域数学模型。结合无载波信号的时域多普勒效应,提出了基于Matlab的超宽带无线电引信接收机输出信号时域仿真方法。研究了取样脉冲宽度和幅度对电路输出波形的影响,结果表明:电路完全对称时,输出信号幅度只与取样脉冲宽度有关,但并非单调关系;非对称时,电路达到稳态前产生一个脉冲信号,脉冲幅度与取样脉冲的幅度成正比,宽度成反比。     

微光学陀螺双频率调制理论与实验研究

对微光学陀螺双频率调制中需要极高调制频率差的问题.提出了一种基于三角波的双频率调制技术.解决了双频率锯齿波调制的回扫时间问题以及数字波形中的台阶效应;指出了不同检测范围和检测精度对应于不同的调制信号频率差;确定了产生特定调制频差的三角波信号波形参数的选取及其实现方法;指明了三角波斜率转折点对调制结果的影响,并提出该问题的解决方法.采用自由谱线宽度1.61 GHz、本征谱线宽度30.1 MHz的集成光学谐振腔陀螺进行实验,完成静态双光路锁定,验证了三角波调制的可行性和优越性.     

伪随机码MSK信号波的目标探测性能研究

主要研究了伪随机序列的MSK调制波的探测性能;文中运用了波形设计理论分析方法,给出了MSK调制波的模糊函数,分析了MSK信号的距离模糊函数和速度模糊函数,说明了MSK调制波的目标探测性能;最后,通过SystemView系统仿真,给出了MSK和BPSK调制波的幅频特性和功率谱,通过对比说明了MSK调制波具有良好的探测性能,并验证了波形设计方法的可行性.     

粮油生产雷达物位计设计

研究基于微波雷达测距的物位测量装置。基于检测要求和硬件设备制定了系统参数。采用单片机控制DAC产生雷达收发器的调制信号。收发器输出经内部前置放大器放大的差拍信号。差拍信号经滤波放大通过电压过零比较器产生脉冲信号,单片机中断和定时器相结合测出差拍信号频率。在保证精度的前提下通过多周期求均值的方法确定有效频率值。制定了干扰排除算法以确定距离信息的有效性。     

相位比较法高精度超声测距研究

有别于通常的通过测量发射和接收到超声波时间差测距原理,提出了一种根据相位差比较法超声波测距的原理.用低频正弦信号调制超声波,通过测量发射端与接收端的低频正弦信号相位差来实现测量目标与发射机之间的距离.通过改变正弦信号波的频率,可以改变相位差对距离的细分尺度,从而可提高测量精度,并且可达到切换测距量程的目的.实验表明,该测距方法具有抗干扰能力较强、实时测量的特点;分别针对7 m和14 m的测距量程,测量精度分别为0.5 cm和1 cm,盲区小于7cm.     

水下多目标信号源的研制

针对水下多目标定位及跟踪技术的要求，设计并研制了一种用于水池试验、能够同时模拟输出多个水下目标反射回波或目标多亮点回波的多目标信号源；解决了信号源多通道独立、联合信号输出问题，实现了长数据的不间断输出和并通道输出波形、通道参数的实时可控；试验表明该信号源可同步模拟4个动态目标的方位、速度、距离等回波信息或目标亮点。实时性好，使用方便，且具有一定的通用性。     

基于OFDM的雷达通信一体化共波形设计

为了减小通信信息对一体化波形模糊函数的影响,以连续波信号为基础,提出了一种基于扩频的多OFDM符号调制的雷达通信一体化信号模型,并分别从波形以及雷达模糊函数的角度对其进行分析。通过对通信信息预扩频后采用OFDM调制的方法,可显著改善一体化信号的模糊函数性能,降低距离维旁瓣。理论分析表明,一体化信号的距离旁瓣由所用伪随机编码序列的自相关、互相关特性及调制的通信信息共同决定,为波形的性能改进提供了指导方向。仿真结果表明扩频因子、子载波数目、数据长度的不同取值对雷达通信一体化信号的距离维模糊函数的旁瓣的影响,为优化一体化信号的性能提供依据。设计的雷达通信一体化信号模型可有效改善对通信信息和多普勒频移的敏感性,满足雷达探测波形要求。     

Development and experimental validation of automatic radar recorder of the number and speed of vehicles for opposite traffic directions

The designing of a continuous wave radar (CW) intended for remote counting of traffic (remote traffic counter) and speed measurement of vehicles using speed trajectories in the radar beam for long-range transferring of these data is considered. It was experimentally shown that, for recording the current number of vehicles and measuring the speed of each of them in both traffic directions, it is more expedient to use a CW radar rather than an FMCW radar (frequency modulation continuous wave radar). A CW radar is more immune to noises of the receiver and the interferences formed due to the offset of the phase and amplitudes at quadrature outputs of the IQ mixer, the lateral lobes of the antenna directivity diagram, and interfering reflections from low Doppler and stationary targets. The circuit and the signal processing software for the CW radar have been developed. The CW design proposed by the authors is currently implemented based on the Xilinx FPGA programmable logic integrated devices (PLD) entering the working radar prototype.     

基于信号杂波噪声比的认知雷达扩展目标探测波形设计

针对认知雷达在杂波环境下探测扩展目标时,回波信号的信号杂波噪声比(SCNR)较低的问题,提出了一种基于SCNR认知雷达发射波形优化设计方法。首先,不同于以往的点目标模型,通过建立扩展目标探测模型,得到认知雷达回波信号杂波噪声比(SCNR)与发射信号能量谱密度(ESD)间的关系;其次,根据最大SCNR准则推导出发射信号ESD的全局最优解;最后,为了得到有实际意义的时域信号,采用相位调制的方式,结合最小均方误差(MMSE)和迭代算法将最优ESD合成满足雷达发射要求的恒幅时域信号。仿真实验中,该方法所得时域合成信号幅度为1,在匹配滤波器输出端的SCNR为19.133 dB,仅小于理想值0.005 dB。结果表明,所得到的时域波形不仅能够满足恒幅要求,而且能使接收机输出端的SCNR接近理想值,提高了扩展目标探测性能。     

Improvements on deinterleaving of radar pulses in dynamically varying signal environments

An electronic support system receiver which is a passive receiver picks up an interleaved stream of pulses and extracts their pulse parameters. These parameters are sent to a deinterleaving subsystem which sorts them and forms pulse cells that each are assumed to belong to a specific emitter. In this paper, we develop a method for this task of deinterleaving of radar pulse sequences. For this aim, a novel pulse amplitude tracking algorithm is proposed for dynamically varying signal environments wherein radar parameters can change abruptly. This method particularly works for air-to-air engagements where pulse amplitude distortion due to channel effects can be considered negligible. Simulation results show that the proposed algorithm incorporated with a clustering algorithm improves deinterleaving of radar emitters that have agile pulse parameters such as airborne radars.     

Waveform design and high-resolution imaging of cognitive radar based on compressive sensing

We introduce the compressive sensing(CS) theory for waveform design of cognitive radar,and then propose an algorithm for the high-resolution radar signal waveform and its corresponding imaging method based on the sparse orthogonal frequency division multiplexing-linear frequency modulation(OFDM-LFM) signal.We first present the principle of spectrum synthesis and high-resolution imaging based on OFDM-LFM signals.Then,we propose the spectrum-sparse waveform design criterion and the reconstruction algorithm for a highresolution range profile(HRRP) based on CS.Based on this,we analyze in detail the relationship between the scattering characteristics of the target and the parameters of the designed signal,and we construct the feedback of the target characteristics on the waveforms.Therefore,the "cognitive" function of radar can be achieved by adaptively adjusting the waveform with the target characteristics.Simulations are given to validate the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于混沌的调频调相的多输入多输出雷达正交波形设计

针对混沌序列单一调频或调相波形存在波形复杂度低,限制了混沌信号可预测的概率、雷达的截获概率和抗干扰性能的问题,提出了基于混沌序列将频率和相位联合调制用于波形设计的方法。首先,对雷达信号进行混沌频率编码,即将一个脉冲分成一系列子脉冲,对不同子脉冲进行不同的频率调制。同时,在每个频率编码子脉冲内对波形的每个周期使用随机产生的初始相位。仿真结果表明,联合调频调相混沌雷达信号的自相关旁瓣峰值最大值达到-24.71 dB,相比调频混沌信号或调相混沌信号,其相关性性能有所提高。实验结果表明,联合调频调相混沌雷达波形结合调相和调频的优点,既具有调相信号的功率谱平坦的特性,又具有调频信号抗噪声干扰特性,为非常理想的探测信号。     

基于ARM920T内核的雷达测速仪设计与算法研究

为了提高目前公路交通中对车辆速度的监测手段,提出一种基于ARM(advanced RISC machines)的新型雷达测速仪,结合多普勒测速原理和信号处理的谱估计法,介绍了由毫米波多普勒收发前端和SamsungS3C2410A处理器构成的雷达测速仪的整体设计,包括其硬件结构的设计和在ARM920T内核中实现基4时间抽取的快速傅里叶变换算法(fastFouriertransform,FFT)。实验结果表明,该雷达测速仪的测速精度可达±1km/h,其优化后的FFT算法具有很高的精度和运行效率。