基于24 GHz FMCW 雷达的二维近场成像系统

为进行隐藏危险金属制品的安检,文中提出了一种24 GHz 低成本毫米波成像系统。该系统采用低成 本24 GHz 商用调频连续波(FMCW)雷达作为扫描源,在方位角和仰角上合成大孔径,使用二维十字扫描平台,经 FMCW 雷达信号处理以及合成孔径雷达(SAR)处理使隐藏物体成像。低成本的射频外设只提供了一路中频实信号 供ADC 采样量化,在图像重建中,文中提出将单路ADC 采样量化后的中频数字信号通过希尔伯特变换成复信号,对 复信号加布莱克曼窗优化频谱,再对信号序列补零以减小频域栅栏效应,后采用空间匹配滤波器补偿相位偏差,通 过FMCW 雷达近场成像原理对目标成像。改进后的算法适用于低成本的雷达前端系统,只需一路ADC 采集的中频 数字信号即可使成像系统达到理论的合成孔径成像分辨率。     

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.     

一种基于FPGA的超宽带雷达数字接收机

脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,文中设计并实现了一种基于FPGA的数字式脉冲超宽带雷达接收机。该接收机利用FPGA内嵌锁相环产生特定频率的时钟,驱动四路10 bit ADC器件,根据回波信号在一段时间内呈准静态及周期性的特点,实现了四通道时域伪随机等效采样。仿真及测试结果表明,该数字式脉冲超宽带雷达接收机等效采样速率可达10 GS/s,可有效接收雷达回波信号,满足脉冲超宽带雷达的应用需求。     

Development and Implementation of a Real-Time See-Through-Wall Radar System Based on FPGA

This paper presents the development of a low-cost real-time ultrawideband (UWB) see-through-wall (STW) imaging radar system. The designs of the microwave front end, the UWB data acquisition, and the system integration are discussed in detail. As for the most challenging task, the UWB data acquisition, we introduce a custom low-cost module based on commercial field-programmable gate array (FPGA) boards and low-speed analog-to-digital converters. The introduced module does not require a custom implementation of high-speed wideband mixed-signal circuitry but only depends on the FPGA firmware design, which favors a rapid system prototyping. The data acquisition module accomplishes a 100-ps equivalent-time sampling resolution at 100-Msamples/s real-time rate, while the developed STW system provides a 2-D real-time view of motion with a 1.5-ms speed behind walls. The system allows for an easy reconfiguration to support multiple operating frequency ranges, pulse sampling resolutions, and array deployments, thus providing a tremendous experimental flexibility. Our studies indicate that utilizing available technologies and off-the-shelf components could produce a practical stand-alone STW system at reasonable design effort and cost, which will lead to a better understanding of the challenging problems associated with STW technology.     

一种超宽带线性调频信号源的设计

超宽带雷达因其距离分辨率高、抗干扰能力强、目标检测和识别能力高等优点,受到世界各国的重视。通常采用倍频器来产生超宽带信号,然而,倍频环节中存在一些影响信号质量的非理想特性。针对该问题,提出利用频谱拼接技术来产生超宽带雷达信号。采样频率越大则输出信号幅度包络失真越小。频谱拼接时间误差小于100 ns时,其主瓣比理想情况增大5%。通过频谱拼接技术能够有效解决幅度失真、高采样频率需要和拼接时间误差等问题。设计了两个直接数字频率合成器同步电路,确保两路正交基带信号同步。频谱拼接技术还能灵活控制信号带宽大小,产生较理想的超宽带线性调频信号。     

超宽带线性调频雷达目标回波模型

超宽带雷达具有高分辨能力,它探测到复杂目标时,目标总的电磁散射是多散射中心的合成,回波信号不同于普通的窄带雷达回波。文中分析了在超宽带信号照射下的目标散射特性,得到超宽带雷达的一般模型。     

基于FPGA的数据采集板设计与实现

数据采集板作为雷达信号处理系统中的接收前端,必须面对越来越高的要求,为后续信号处理提供可靠的保证。将数据采集板独立设计提高了通用性,降低了系统的研制时间,因此成为雷达信号处理系统设计的发展趋势。采用ADC和FPGA设计了基于CPCI总线的数据采集板,实现了8路信号同时中频采样及处理,并已应用于雷达系统中。     

超宽带时域近距离高分辨ISAR成像

近距离目标超高分辨率微波成像技术在安全检测、非破坏性控制、生物医学等领域中有着非常重要的应用价值和广阔的应用前景。该文利用基于窄脉冲形式的超宽带时域雷达系统研究近距离目标的高分辨率ISAR成像,给出了仿真和实测结果。利用转台旋转目标,基于超宽带脉冲源和超宽带收发天线以及高性能取样示波器,配以同步触发脉冲和自行研发的数据采集软件,搭建了该时域雷达实验系统,提出了准确获取目标回波信息的实验条件,和实现回波延时精确校正的误差补偿方法。并针对采样时间窗内的杂波干扰,讨论了时域后向投影算法(Back Projection,BP)与背景对消技术相结合的成像算法,实现了分辨率为8 mm的近距离目标的成像,准确地反映了目标的位置、形状和大小等信息。     

一种便携式伪随机编码超宽带人体感知雷达设计

该文提出了一种便携式伪随机编码超宽带人体感知雷达的设计方法。人体感知雷达主要包括对运动人体目标进行跟踪以及对静止人体目标的呼吸频率进行提取。为了获得较强的穿透能力与较好的距离分辨率,采用了载波为800 MHz的m序列作为雷达发射信号。为了减小雷达系统尺寸,采用高速DAC与FPGA直接合成m序列调制信号,发射信号的平均功率为5 dBm。接收机具有两个混合采样接收通道,第1通道用于实时获得参考码,第2通道用于接收雷达回波。为了提高雷达系统扫描率,采用FPGA内部的多个DSP内核级联来实现脉冲压缩的并行计算。另外,动目标跟踪算法与生命探测算法在Intel处理器内运行,将探测结果传给头盔上的微型显示器进行显示。最后,通过穿墙实验表明,该雷达能实时跟踪墙后16 m内的动目标,同时能提取墙后14 m内静止人体的呼吸频率。      

基于FPGA的宽带雷达信号模拟系统设计

雷达信号模拟技术在现代雷达系统中有着重要的应用。随着半导体技术的迅猛发展，FPGA器件的工作频率和接口带宽越来越高，这使得利用高性能FPGA配合超高速DAC器件直接产生宽带雷达信号成为可能。该文介绍了一种基于Xilinx公司最新一代的Virtex-4系列超大规模FPGA芯片的雷达信号模拟系统，该系统最高转换速率可以达到1Gs／s，分辨率为14bit。     

A channelized digital ultrawideband receiver

A channelized digital ultrawideband (UWB) receiver that efficiently samples the UWB signal at a fraction of the chip frequency is proposed. The received signal is channelized in the frequency domain by employing a bank of mixers and low-pass filters. After sampling at a much reduced frequency, digital synthesis filters optimally estimate the transmitted signals. The signal-to-noise ratio (SNR) of the proposed receiver has been solved and compared against an ideal conventional receiver, which is defined as a receiver that samples at the signal Nyquist rate. When finite resolution analog-to-digital converters (ADC) are employed in the presence of a large narrowband interferer, the proposed receiver significantly outperforms the ideal conventional receiver. For example, the SNR of the proposed receiver is as much as 20 dB higher than the ideal conventional receiver when a 4-bit ADC is used in the presence of a 50 dB (relative to the noise floor) brickwall narrowband interferer with a bandwidth of 15% of the chip frequency.     

高分辨率大面阵微型相机设计

小型化相机是支持低成本微型飞行器或微小卫星对地观测等多项应用的关键设备,由此提出了一种高分辨率大面阵的小型化成像系统。首先预估了该成像系统用于目标观测的像元分辨率和幅宽。然后阐述了该系统的电子学方案,对其中的关键芯片OV14825的工作原理进行了介绍,并分析了基于FPGA的串行差分数据接收转发的软件设计。最后基于设计的相机样机开展了成像实验,在13m成像距离条件下获取图像分辨率优于0.5mm,而且图像细节丰富,层次分明,证明该方案切实可行。高分辨率大面阵微型相机具有很好的应用价值。     

基于PCA和DCT的雷达人体动作识别

无载波超宽带雷达人体动作识别系统的关键优势在于无载波超宽带雷达具有极高的分辨率,能够捕获人体的细微动作变化,并且对于室内复杂环境具有很强的抗干扰能力。但是由于无载波超宽带雷达信号不含载波信息,本身能量集中于极窄的波形内,并且发射信号与回波相关性弱,因此传统的提取信号特征的方法不再适用。针对这一问题,首次搭建无载波超宽带雷达人体动作识别系统,并提出一种新颖的基于主成分分析法（PCA）和离散余弦变换（DCT）相结合的无载波超宽带雷达人体动作识别方法,同时利用改进的网格搜索算法优化支持向量机的参数并验证该方法的优越性。最后,基于实测数据在Matlab平台上进行仿真,对实测的10种不同类型的人体动作进行分类识别,实验结果显示,该方法具有很高的识别率,针对不同的方案识别率均能达到99%以上,对小训练样本具有很强的鲁棒性。     

面向超宽带雷达系统的CPPM微波源设计与实现

超宽带雷达具有抗干扰、高分辨率等特征,本文设计并实现了一种面向超宽带雷达系统的CPPM微波源。CPPM信号由时间间隔随混沌特性变化且宽度和幅值均相同的脉冲序列构成,相关特性和信号带宽分别取决于混沌特性和脉冲宽度。文中数字仿真和FPGA实现了基于logistic映射的脉冲宽度为0.64ns的CPPM信号,带宽可达1.56GHz,并具有较好的相关特性。模糊函数表明该信号可以实现较高的测距和测速精度并具有良好的抗干扰能力。将该CPPM信号作为雷达系统信号源,实验验证了对不同距离目标物的定位,双目标分辨率可达16.5cm,可以实现目标物的精确定位。     

某雷达信号处理板的硬件设计与实现

现代雷达技术的发展越来越倚重于信号处理,针对雷达信号处理要求的数据量大、实时性高的特点,提出了一种基于双FPGA和DSP的高速数据采集处理系统设计方案,FPGA采用XC2V1000-4FG456芯片,DSP选用ADSP-TS101芯片,并对信号处理板的主芯片和辅助外围电路进行了说明。该系统运算能力强,且具有较强的通用性。     

四通道高速数据采集系统设计

为满足合成孔径雷达中对宽带I,Q基带信号数据采集存储的迫切需求,介绍了一种基于高速AD器件,以大容量FPGA为核心的高速数据采集系统设计方法。利用高速ADC器件实现对宽带I,Q信号采样,FPGA完成AD的参数配置、高速数据缓存及各种时序控制,实现了四通道500MSPS的高速数据同步采集与传输。测试结果显示：系统动态范围大,信噪比高。系统为标准6U插件,电路实现简单、使用灵活,已成功应用于多个雷达系统中完成各项实验。     

基于光纤模式数据采集方案的阵列快拍成像雷达

阵列快拍成像雷达采用阵列天线雷达成像体制,通过高速微波开关切换和高速数据采集,可以同时实现对目标的空间分辨和时间分辨,即实现雷达快拍成像,该技术在飞行器平台的辅助导航、交通监测等领域具有广阔的应用前景。阵列快拍成像雷达的特点是能够快速成像,核心技术包括微波信号收发、高速数据采集与传输、实时成像处理及阵列天线高速微波开关切换。其中,高速数据采集与传输是实现快速成像是正确成像的关键,数据缺失会导致图像散焦。本文首先分析了阵列快拍成像雷达成像原理及信号采样对数据采集与传输系统的要求;继而提出了基于光纤传输模式的数据采集与传输系统方案,系统采用四路高速AD对雷达基带信号进行采样,在FPGA中进行复数运算,通过光纤通道传送到主控计算机,系统传输速率可以达到2.5Gbps;最后,通过阵列快拍成像实验验证了系统的性能。      

超宽带多发多收雷达系统的信号源设计及实现

多发多收超宽带雷达和通信系统是当今研发热点,国内外多有相关报道,而信号源的设计及实现是其关键技术之一。目前用扩频模块来实现GHz 脉冲信号的信号源,结构复杂、成本高。对此,设计和制作了一款由可编程逻辑器件FPGA 和DDS 芯片组成并产生GHz 脉冲信号的信号源,其核心是ADI公司的DDS芯片AD9914和Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA芯片作控制芯片,此信号源获得了高达1.4 GHz的大带宽多通道同步雷达脉冲信号,频率切换时间达到ns级,且频率、相位和幅值都可控,其性能在国内具有先进性,并具有实际应用价值。     

基于混沌调频信号的超宽带穿墙SAR成像

混沌调频信号具有良好的自相关特性,又类似随机信号,具有较强的抗干扰性能。该文将基于Bernoulli映射的混沌调频信号用于超宽带穿墙雷达成像,建立了信号模型,分析了混沌调频穿墙雷达系统的目标检测性能,分辨能力和抗墙壁多径干扰能力,并与线性调频雷达系统进行了比较。仿真结果表明,与线性调频信号相比,混沌调频信号用于穿墙雷达系统可获得较好的目标检测性能,更好的分辨能力,而且具有抗墙壁多径干扰能力。     

基于FPGA的数字中频信号处理平台的设计与实现

随着通信系统对信号处理的要求不断提高,传统芯片难以满足高速处理的要求。 FPGA 以并行处理能力强、集成度高、可系统重构等特点得到了广泛应用。本文设计了以高性能 FPGA 为核心,具有嵌入式 ARM 的 SOC 功能,结合 CPLD、DSP、ADC 等技术,组合 SDRAM、 FLSAH 存储器等外围电路构建一款中频数字信号处理和数据处理平台。经工程实践验证,系统设计可靠、运行稳定。