基于FPGA的宽带雷达回波信号处理板设计

对基于FPGA的宽带雷达回波信号处理板的设计方案、信号流程和芯片选型进行了研究。同时以此板卡为基础,针对回波信号模拟需求,对板卡的功能流程设计方法进行了研究,对数字瞬时测频设计、存储延时组件设计和整数倍内插等3项关键技术进行了重点阐述。设计方案可实现带宽达到1 GHz的宽带雷达回波信号的模拟,可适应脉冲压缩雷达、合成孔径雷达等新型雷达测试需求,同时,本方案对相关系统的建设具有一定的借鉴意义。     

基于FPGA的实时测距雷达研究

本文分析了脉冲积累对雷达回波信号信噪比的改善能力,并在此基础上研究设计了以FPGA为核心的数据采集和处理系统.FPGA控制ADC对中频回波信号进行高速数字采样,同时使用Altera的IP工具利用FPGA集成的大量高速RAM和逻辑单元设计了读写速度达200 MHz的高速双端口RAM,对采样数据进行多次数字积累,N个脉冲发射完成即可完成N次脉冲积累.该方案提高了回波信号信噪比,改善了雷达的测距性能,实时完成了目标距离的测量.通过仿真验证了方案的可行性.     

基于FPGA的脉冲压缩处理器设计与实现

在合成孔径雷达系统中,高速及高精度脉冲压缩是一项关键技术。采用FPGA技术实现脉冲压缩,克服了DSP芯片处理速度有限,成本高的问题。该文设计了一种基于IEEE浮点表示格式的改进的并行FFT算法结构,并利用该FFT处理模块实现线性调频信号频域脉冲压缩处理器的设计。利用Xilinx ISE 13.1软件完成脉冲压缩处理模块设计以及波形仿真。仿真结果表明,利用该FFT运算结构实现的基于FPGA的脉冲压缩处理器可以在合理利用硬件资源的同时提高运算速度及运算精度。     

超宽带生命探测雷达研制及应用

超宽带信号有着较强的穿透能力,可用于对障碍物后生命体的探测。介绍了一套单发单收冲激脉冲体制超宽带生命探测雷达的原理和具体实现方法。雷达收发机结构简单,极大地降低了系统功耗和成本。采用FPGA实现能重复配置的时序控制器,可方便对雷达发射和接收时序进行控制。采用Wi-Fi技术在一个PDA和雷达之间传送工作参数和采样数据,可降低操作人员对雷达数据的干扰,也可容易实现雷达组网。实验结果表明,超宽带信号可以有效地应用于生命探测雷达,单台雷达可以实现对障碍物后生命体检测,多台雷达组网可以实现对障碍物后生命体定位。     

基于DSP/FPGA的级联型固态变压器控制研究

级联型固态变压器是构建能源互联网的核心设备。然而单一控制器不能满足级联型固态变压器快速控制和各开关器件PWM脉冲信号数量的要求。对此根据级联型固态变压器的基本工作原理,采用了基于DSP与FPGA的协同控制器。该协同控制器通过高性能DSP实现控制算法的快速准确计算,并使用SPI通信总线发送PWM调制信号数据至FPGA。同时利用FPGA的并行机理,更好地实现了基于载波相移技术的PWM调制,而FPGA丰富的端口也满足PWM脉冲信号的数量要求。最后在380 V/2 k W两级级联H桥固态变压器样机上进行了实验。结果表明,所采用协同控制器,既可增加PWM脉冲信号数量,也能够自主适配级联级数,实现对整个系统的综合控制,具有较好的可行性和有效性。     

超宽带线性调频信号产生器系统失真分析

超宽带线性调频（LFM）脉冲压缩信号产生器是现代雷达技术的重要研究内容。本文分析了基于数字技术的超宽带LFM信号产生器系统产生失真的原因,从频域和时域角度分别深入探讨了信号产生器传输系统失真对输出信号性能的影响,给出计算机仿真结果并验证了理论分析的正确性,进而得到超宽带LFM信号产生器的理论设计指标。所得到的结论对于大时带积超宽带LFM信号产生器的研制具有重要的指导意义。     

双通道伪随机编码超宽带探地雷达主控机设计

为实现探地雷达小型化和数字化的设计,对伪随机编码探地雷达的系统设计方案进行了研究。该文研制了一款双通道伪随机编码超宽带探地雷达主控机。研究基于FPGA芯片Virtex-5和宇航级ADC芯片ADS5463-SP,采用码元平衡直发的信号源设计方案,配合混合采样实现了中心频率60MHz和800MHz的双通道格雷互补码编码信号的发射和接收。进行了信号源测试实验和主控机的闭环测试实验,双通道脉冲压缩结果峰值旁瓣比均大于25dB,并达到了低频1.875m和高频11.72cm的距离分辨率。将主控机接入雷达系统,在沙坑中进行雷达整机的高频通道测试实验,测得埋藏大理石板厚度约17cm。结果表明该文设计的雷达主控机性能可靠,可以广泛应用于伪随机编码体制超宽带探地雷达系统。     

DSP芯片在实时图像处理系统中的应用

本文全面分析了基于DSP和FPGA的信号处理系统功能与总体结构,简要介绍了FPGA功能设计、DSP功能设计基本思路,为更好地实现DSP芯片在实时图像处理系统中的应用奠定基础。     

海面SAR时域回波信号可视化仿真计算

利用计算机来模拟合成孔径雷达回波信号是雷达系统仿真中重要的一部分。借助雷达目标的高频电磁散射特性,运用图形电磁计算方法,开发了可快速、有效地获取合成孔径雷达回波信号的方法,可为合成孔径雷达成像提供原始的雷达回波数据。以起浪海面为目标实例,利用海浪频谱构建海面的几何模型,针对此海面模型,运用高频散射机理,实时可视化地计算其电磁波回波场强以及模拟出时域回波信号。利用条带式合成孔径雷达成像方法,通过该回波信号仿真出海浪面的合成孔径图像,验证了该方法有效性。     

复杂场景下基于UWB雷达的呼吸特征检测算法

超宽带(UWB)雷达作为一种新兴的生命体征探测方式,可对人体呼吸体征进行非接触式实时监测,在医学上具有重大意义.针对在复杂场景下雷达回波信号的距离门无法被准确自动提取的问题,提出了一种使用神经网络对雷达回波信号中快时域距离门的滤波方法,分析并设计了全连接神经网络的网络结构,提高人体呼吸体征实时检测的精度.用PulsON...     

等效取样方法在探地雷达中的应用研究

探地雷达回波信号具有频带宽、动态范围大的特点,如采用实时取样方法对其取样,则要求取样系统具有极高的采集速率和分辨率,目前在硬件实现上存在困难.考虑到探地雷达系统所固有的特点,本文提出采用等效取样方法实现雷达回波信号的取样,讨论了取样变换电路的选型和设计,实现了一个基于AD9500的实际电路.实验结果表明,该电路克服了速度方面的困难,实现了雷达回波信号的取样,提高了信噪比,增加了系统的带宽,满足了雷达系统的要求.     

基于脉冲频率合成超宽带信号的无线实时定位系统

超宽带信号为代表的无线实时定位系统近年来得到了广泛的发展。现有的超宽带无线实时定位系统由于宽带信号的特性需求,其架构复杂性,成本,及可靠性均居高不下,限制了无线定位系统的广泛应用。在该文提出应用脉冲频率合成超宽带技术的定位系统,通过多个不同载频的窄带脉冲信号的信号处理,达到了等效的超宽带定位效果的同时大幅降低了系统复杂度和成本。解析及仿真结果验证了本文提出方案的有效性,本文所提出的方案对于定位系统的开发具有重要的指导性意义。     

一种基于超宽带雷达的多观测点人体呼吸信号检测方法

基于超宽带生命探测雷达的障碍物穿透检测技术在灾难救援和反恐作战等非入侵式探测领域有着广泛的应用前景.目前国内外进行的研究大多采用单观测点放置雷达对目标进行检测,在低信噪比的条件下难以检测出生命体的位置.针对以上方法的局限性,采用多观测点放置雷达,将回波信号进行关联检测,得到生命体的空间位置,并进一步与已有的算法进行对比.仿真结果证明了该方法在低信噪比条件下的优越性,实验结果证明了该文提出的方法具有可行性,能够较为准确地检测出生命体位置.     

基于呼吸样本空间的超宽带雷达身份识别

为了解决传统雷达呼吸身份识别依赖人工预定义特征的问题,提出了一种基于呼吸样本空间(BSS)的超宽带(UWB)雷达身份识别算法。算法首先通过奇异值分解(SVD)对UWB雷达人体呼吸回波中杂波进行滤除,然后根据回波将目标跨距离单元的呼吸信号构建为包含时距信息的BSS序列,最后利用卷积神经网络(CNN)对BSS进行建模以获取目标分类结果。在室内场景实验中,对4人的身份识别准确率为84.64%。对比结果表明,所提出的算法对不同个体所具有的独特呼吸特征具有不错的区分能力。     

A fault location method for power cables using time–frequency analysis

The pulse radar method is one of the fault location methods for power cables. It locates the breakdown point by measuring the delay time of the echo or the discharge signal coming from the breakdown point. The equipment for the pulse radar method is more compact compared to the Murray loop bridge, and its operation is simpler because sensitive adjustments to the proportions are not needed. However, the signal propagating through the cable may be distorted, depending on the distance and frequency, leading to poor location accuracy. In this report, signal processing in the time–frequency domain is proposed to resolve this problem. The pulse waveforms received at two different terminals of the cable were extracted by a window function, and subsequently Fourier‐transformed in order to calculate the phase difference at an appropriate frequency. Special care was taken for unwrapping the folded phase spectrum. The phase difference was interpreted as the time lag at an identical frequency. The technique was applied to fault location for a full‐size XPLE cable line. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 182(1): 10–17, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.22323     

基于VNA的建筑物成像快照雷达系统设计

针对脉冲体制的穿墙雷达系统在建筑物布局反演应用中分辨率低、距离近的问题,提出一种步进频信号体制的建筑物成像快照雷达系统设计方案,该方案使用矢量网络分析仪、微波射频控制模块、超宽带喇叭天线以及PC上位机搭建系统硬件平台;天线阵列采用非均匀线性布阵,通过微波射频控制模块用以扩展通道及实现通道选择,使不同阵元依次工作,实现阵元收发状态转换从而达到分时复用的工作目的;为实现整机控制,基于LabVIEW软件开发系统控制平台实现参数配置、数据采集和在线成像处理;实验结果表明,该系统能够对建筑物内部墙体探测,并实现在线检测。     

冲击脉冲型探地雷达等效采样方法的研究

提出一种对探地雷达回波信号这种高频率的信号进行采集的方法,即等效时间采样方法．并设计实现了等效时间采样的具体电路,包括产生步进采样脉冲的高精度步进系统、采样门电路等,通过实验证明该方法的有效性。     

基于FPGA的线性调频信号脉冲压缩设计

线性调频信号是现代雷达系统中一种常用的信号形式,通过脉冲压缩处理,可以得到良好的距离和径向分辨率。在研究线性调频信号脉冲压缩基本原理的基础上,得出通过时域匹配滤波、基本运算卷积加法等处理实现信号脉冲压缩的方法,并做了MATLAB仿真分析。详细介绍了基于FPGA技术的线性调频信号脉冲压缩的设计方法,使用Xilinx公司的XC6VLX240T芯片和ISE开发软件进行硬件系统的实现,并将结果与仿真效果进行比对,验证了硬件实现脉冲压缩的可行性与有效性。