一种超宽带等效采样接收机的设计与实现

脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,通常采用等效时间采样方法来进行模数转换。传统的等效采样接收机大都是基于改变ADC采样时钟的时延来实现等效采样,采样时钟对触发信号会产生亚稳态时序,不可避免地会出现数据误对齐,必须添加辅助的在线或离线校正设计。针对这一问题,设计了一种基于FPGA内置延迟线的超宽带等效采样接收机,FPGA产生延时可调的发射触发信号去控制波形产生系统,基于高速采样保持器和ADC完成回波接收,实现了超宽带射频信号的等效采样,而无数据误对齐问题。接收机的等效采样速率为12.8GS/s,-3dB采样带宽为6.4GHz,满足脉冲超宽带雷达的应用需求。     

全新的高稳定穿墙雷达接收机前端设计

在穿墙雷达(TWR)接收超宽带(UWB)回波信号的过程中,高速信号采集是其中的关键所在。首先基于传统等效采样方法,改进了其采样模式,能极大地提高等效采样的实时性,并减小精密延时电路的延时时间范围。其次利用跟踪保持芯片设计了一种新型等效采样接收机前端实现方案,不仅能降低等效采样技术对取样脉冲的要求,而且能充分发挥跟踪保持芯片高重复频率、高稳定和高度集成的优势。通过分析和仿真论证,实现了10GHz的等效采样频率,理论分析与仿真测试结果一致性良好。这种高度集成、简单高效的电路在超宽带穿墙雷达接收机中具有很好的应用前景。     

新型超宽带探地雷达数字采样接收机设计

基于探地雷达应用,结合等效时间采样技术和实时采样技术的优点,提出了一种新的超宽带等效数字采样技术。该采样技术不需要采用集成模数转换(A/D),而是通过对模拟信号进行1比特并行时间交替采样和均匀量化来实现模数转换的功能。基于该技术思想,利用一片现场可编程门阵列(FPGA)研制出具有等效4.096GHz采样率、7位精度模数转换功能的超带宽探地雷达数字采样接收机。电路结构紧凑,功耗低于1.5W.实测结果表明:该接收机的模拟带宽达500MHz,具有很低的量化噪声,能很好的重构输入信号。同时,该接收机具有很好的性能,能满足超宽带探地雷达的要求。     

超宽带穿墙雷达取样脉冲产生器设计

在超宽带穿墙雷达接收机系统中,其关键的等效采样技术需要一种极窄脉宽高电压的脉冲触发采样门电路来对接收信号进行采样。介绍了超宽带取样脉冲产生技术,讨论并分析了几种常用超宽带脉冲产生方法的特点及其局限性。提出了新型的肖特基二极管脉冲整形网络,设计并实现了应用于等效采样接收机系统的新型亚纳秒取样脉冲产生器,很好地结合了雪崩晶体管与脉冲整形网络的优势,在显著减小脉宽的同时保持了较高的脉冲幅度。通过仿真分析和制作测试,获得了脉冲底宽为400 ps、幅度为6.46 V和波动水平为-14.7 dB的单极性窄脉冲,实测结果与设计数值一致性良好。这种简单高效廉价的电路十分符合超宽带穿墙雷达等效采样接收机取样脉冲的设计。     

IR-UWB数字相干接收机的硬件电路设计

在超宽带信号的接收中,相干接收比非相干接收拥有更高的分辨率,能充分发挥超宽带信号定位精度高等优点.相干接收机对UWB信号进行高速采样后再处理,采样的速度和精度是限制UWB相干接收机测距精度的主要因素.本文设计并实现了IR-UWB的数字相干接收机,接收机采用高速采样芯片ADC08D1000对脉冲超宽带（IR-UWB）信号进行双通道交织采样,然后使用FPGA对采样数据进行降速处理.测试结果证明,本文设计的接收机能准确捕获到脉宽为1 ns的UWB信号.     

基于FPGA的延时精确校准在等效采样中的应用

对一些高频信号如超宽带雷达回波信号,由于其带宽通常在几百兆以上很难对其进行实时采样,通常利用FPGA配合可编程延时芯片对回波信号进行等效采样。由于延时芯片延时值存在温度漂移和各个延时芯片之间的延时值存在差异的问题。设计了一种基于FPGA的延时精确校准方案,使延时芯片的延时值随温度漂移最小化。实验结果表明该延时精确校准方案可行,在高频信号的采集中有很好的参考价值。     

基于变换采样的超宽带接收机设计

为了实现以较低的采样率对超宽带(UWB)脉冲信号进行采样以及在带宽和系统复杂度之间取得均衡,设计了一种基于变换采样的超宽带接收机系统.设计的接收机在AD芯片之前加入了跟踪保持放大器,提高了系统的模拟带宽(5GHz),通过采样时钟的较小延时实现了较高的等效采样率(8 GHz).主要用来接收带宽1 GHz以及以上的超宽带信号,利用VHDL进行编程,通过Chipscope抓取信号进行验证.测试表明,该系统能接收1 GHz以及以上带宽超宽带信号,达到了设计要求,可以用于超宽带通信与测距.     

基于等效采样的超宽带窄脉冲接收电路设计

超宽带探地雷达在无损检测系统中得到越来越广泛的应用，接收电路是整个无损检测技术的关键，采用顺序等效采样技术设计了一款新型的窄脉冲接收电路，该电路可以利用低速Ａ/Ｄ实现对高频信号的等效采样，利用ADS对该电路进行仿真，输入10ＭＨｚ重复频率的2ｎｓ 三角波信号，采样脉冲带有100ｐｓ的步进延时方波信号对输入信号进行采样，输入信号经过该电路后脉冲宽度降低为2μｓ，频率降低了1000倍，实测结果显示该电路可以实现对输入信号的等效采样，输出信号频率降低了 200倍。     

平衡馈电超宽带探地雷达系统的研究与实现

提出了一种新型平衡馈电超宽带探地雷达系统的设计方法,并研制了实际的电路系统。该雷达系统关键技术包括发射机平衡脉冲的实现,取样脉冲产生方法以及取样门的设计。发射机电路产生脉冲宽度为500 ps,峰值电压幅度为8 V的平衡脉冲信号。接收机采样带宽高达4.3 GHz,为平衡取样门结构,对宽带信号进行采样和保持。对雷达系统进行穿透探测实验,实验结果表明:雷达系统能成功接收携有目标信息的雷达回波信号,并能检测到混凝土实体后面的金属物。该雷达系统适合浅层高分辨率目标检测的应用。     

基于高速ADC和FPGA的IR-UWB相干接收机设计

为了探索超宽带(UWB)技术的空间应用,设计了一款脉冲无线超宽带(IR-UWB)的全数字化相干接收机。本系统利用高速采样芯片ADC08D1000对IR-UWB信号进行双通道交织采样,接下来利用Xilinx FPGA对采样数据进行降速处理。按照二分搜索、相干捕获、脉冲跟踪的方案进行接收系统设计,并对该接收机进行了实际测试。最终实现了1 ns脉宽的IR-UWB信号的正确接收和1 Mb/s码速率的OOK编码通信。     

An efficient FPGA-based implementation of UWB radar system for through-wall imaging

The work presented in this paper aims to develop a low-cost ultra-wideband (UWB) radar system that has the capability to image through the wall of a human target. The proposed radar system relies heavily on a field-programmable gate array (FPGA) platform. The Xilinx FPGA Kintex-7 (KC705) board is employed to integrate the main functionalities of the radar system, such as the generation and acquisition of a UWB signal. The generated signal is a monocycle signal, which has an ultra-wide bandwidth. Due to the UWB nature of this signal, the radar system achieves better penetration ability, as well as high imaging resolution. However, the major challenge of a UWB radar system lies in the stage of digitization, as it requires a high sampling rate analog-to-digital converter (ADC). In fact, such a chip is very expensive. Hence, to reach a high sampling resolution using a low-cost and low-speed ADC, an efficient sampling strategy is implemented. In contrast to other UWB sampling methods, which require a hardware delay line chip, the new sampling scheme depends only on the FPGA firmware to realize a combination of real-time and equivalent-time sampling, which provides better jitter performance. Finally, to demonstrate the imaging capability, experimental tests are conducted in an indoor environment while human targets are located in different places. The measurement results revealed that the proposed radar system has the ability to provide 2D images that accurately determine the location of the target.     

基于无载频脉冲雷达信号的高速数字采样方法与实现

该文针对无载频脉冲雷达信号周期重复性的特点,提出了一种全新的高速数字采样方法和原理。该方法利用FPGA 的差分比较器端口构成高速1 bit 量化器,采用FPGA 内部多相位时钟,对1 bit 数据流进行并行交替数字采样,并缓冲编码,从而获得上吉赫兹的等效数字采样率。通过将多个比较电平下的1 bit 采样数据进行累积,从而完成高速数字采样过程。在Xilinx 的XC2V3000 的FPGA 中实现了该方法,获得了采样率达1.6 GHz 的8 bit等效高速模数转换器功能。该设计方法不仅能够提高等效采样方式的效率,而且与高速实时采样相比,具有低功耗、低成本的优势,在实际中获得了良好的应用。      

模块化FPGA设计在某雷达接收机中的应用

首先介绍了雷达接收机和数字中频接收机原理,在此基础上针对某连续波测速雷达接收机,提出一种基于模块化FPGA设计方案,并详细讨论了信号处理模块的设计,该方案使得FPGA单元易于分块编写和分块调试,提高了设备的灵活性。     

数字合成孔径雷达接收机设计

为了解决模拟合成孔径雷达接收机带来的幅相不平衡等诸多问题,设计了一种基于高速A/D转换和FPGA高速信号处理的数字合成孔径雷达中频接收机.该设计结构简单、信号带宽大、镜频抑制比高.对多相滤波正交解调算法进行了改进,给出了数字中频接收机的工作原理和系统结构框图,设计了基于Virtex-4 FPGA的信号处理模块.仿真验证结果表明该设计完全符合系统设计参数的要求,可以应用于高分辨率合成孔径雷达.     

DAM中多通道数字收发的设计与实现

论述了多通道数字收发电路的设计方法与实现方案.详细介绍了以大容量FPGA为核心,基于高速DDS的多通道中频波形产生与基于多相滤波的多通道中频数字接收的工作原理.可实现最高采样频率为250 MS/s的八通道全数字同步接收,最高采样频率500 MS/s的八通道全数字波形同步产生,以及数据率为2.5 Gbit/s的高速数据实时传输.给出了数字接收与数字发射的测试结果,满足系统指标要求,电路实现简单、使用灵活,在数字阵列雷达中具有很好的通用性.     

Multipath scattering in ultrawide-band radar sea spikes

This paper presents sea scatter data collected with an ultrawide-band (UWB) polarimetric radar system that indicates that multipath scattering plays an important role in the generation of sea spikes. The radar system used in this study produces short pulses with a bandwidth of approximately 3 GHz centered at 9 GHz for a range resolution of approximately 4 cm. Pulse-to-pulse switching allows collection of the microwave echoes produced by all four combinations of linear transmit and receive polarizations [vertical-transmit vertical-receive (VV), horizontal-transmit horizontal-receive (HH), horizontal-transmit vertical receive (HV), and vertical-transmit horizontal-receive (VH)] each of which is collected by a sampling oscilloscope utilizing equivalent time sampling. In June 1996, upwind sea scatter data at grazing angles of 10°, 20°, and 30° were collected while the system was deployed on a research pier on the Outer Banks of North Carolina. An analysis of the strongest echoes (sea spikes) from this data set is presented and discussed. First, the cumulative distribution functions are presented. Second, an increase of approximately 5 dB is shown to occur in the polarization ratio (HH/VV) of the strongest echoes as the grazing angle decreases from 30° to 10°. Third, differences in the spatial and spectral characteristics of the VV and HH spikes are described. Through comparisons with laboratory results and a simple scattering model, these observations are explained by the presence of a multibounce scattering mechanism. The use of the model to extract wave height from the sea-spike frequency response is also explored     

基于拼接采样技术的宽带数字接收机

宽带数字接收机是当前的一个研究热点。介绍一个基于拼接采样技术的双通道宽带数字接收机设计及实现,描述了接收机的硬件架构、固件设计要点、拼接采样误差校正方法和指标测试结果。接收机采用商用货架器件和标准的FPGA夹层卡架构,结合拼接采样和宽带数字下变频技术进行设计,具有接收瞬时信号带宽大,预处理运算能力强,数据传输带宽大、硬件兼容性及扩展性好等特点,能广泛应用于宽带通信、雷达及电子战系统中。     

超高速采样技术及其在远程超宽带雷达信号处理中的应用研究

为解决远程超宽带雷达信号直接采样问题,提出了1Gsps超高速实时采样设计方案,采用全新的数据降频设计思想实现1ns写入的并行存储器系统结构.在考虑改善因子对A-D动态范围要求时,论述了随机采样原理结合ps级时间轴展宽技术实现12位5Gsps等价采样系统的设计方法,对宽频带雷达信号处理、数字存储示波器、频谱分析仪等领域有重要应用价值,提出的原理实际应用于高速数字存储示波器系统设计中.