一种超宽带窄脉冲信号发生器的设计

宽度窄、幅度大的脉冲生成是探地雷达系统中要解决的关键问题之一.本文在比较了几种不同实现电路的优缺点,详细分析了雪崩三极管原理的基础,提出利用雪崩三极管的雪崩特性,实现超宽带、窄脉冲的生成.文中给出了电路原理图和实验结果,电路分为正、负脉冲2部分,可生成底宽为纳/亚纳秒级、正、负脉冲的峰-峰值高达160 V的窄脉冲信号,并且脉冲拖尾的振荡起伏小,很好地满足了雷达系统的宽度窄、幅度大的要求.电路结构简单、参数可调、移植性强、适用范围广.     

基于雪崩三极管的脉冲发生器设计

在中低频段探地雷达系统中,如何得到一个高幅度、窄脉宽的脉冲信号是系统的关键技术之一。而基于雪崩三极管特性的脉冲发生器设计,在中低频段探地雷达系统中得到普遍的运用。通过对雪崩效应工作原理的分析,利用电路仿真软件分析比较几种电路的优缺点,设计了一种基于雪崩三极管的两级Marx脉冲产生电路。可得到底宽3.3ns,峰-峰值70V左右的负脉冲。脉冲波形完整无失真、脉冲拖尾较小,电路设计简单、参数调节方便,应用范围广泛。     

一种应用于脉冲探地雷达前端的探测子系统

高幅度窄脉冲时域脉冲信号源及超宽带低振铃时域脉冲天线是脉冲探地雷达（ground-penetrating radar,GPR）的关键部件。本文通过挖槽技术有效的减少了电磁辐射干扰,设计并研制了脉冲幅度为156.2V,脉冲宽度为1.6ns的MARX级联脉冲信号源。同时首次提出了半圆形天线臂电阻加载天线,相比于传统三角形天线臂电阻加载天线,0.5-7GHz带宽内驻波系数控制在3.5以内,天线时域脉冲的拖尾幅度由17.5%下降到8.3%,具有超宽带、低振铃的特点。最终开展了隐藏目标的探测实验,雷达探测结果成像清晰、浅层目标分辨率高,有力的验证了本文所研究的脉冲探地雷达前端探测子系统的优越性能及潜在的使用价值。     

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。     

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。     

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2D-LMS的探地雷达背景噪声去除

铁路建设中常需在铁路两侧构筑挡土墙对铁轨进行保护,因此挡土墙施工质量对铁路具有重要意义.为了获得更有效的挡土墙质检数据,常用探地雷达(ground penetrating radar,GPR)进行质检.结合理论分析了电磁波在地下非均匀介质边界的反射和衍射特性,结果表明回波噪声呈二维分布.对仿真回波二维加噪后,对比二维中值和一维自适应(1D-LMS)算法滤波效果,仿真结果表明二维处理明显优于一维.为适应GPR回波信号的非线性特征,选取二维自适应(2D-LMS)算法对回波信号进行处理,并与二维中值滤波相比较.广东省某铁路挡土墙实测数据处理结果表明,2D-LMS算法滤波信号具有更高信噪比,能更有效地去除噪声,使回波图像更加清晰.     

基于探地雷达的地层介质图像识别分析

输配电线路工程施工时,无法得知地表以下的地质状况,直接开挖施工,很可能造成无法估量的损失。使用非破坏性方法准确地检测地下地质结构、地下线缆和管道走向是一个关键问题。本文提出了基于探地雷达法的输配电线路工程地质探测法。首先通过不同的扫描方式分析出适合输配电线路工程施工的方式。其次,介绍了常见的雷达数据处理方法。通过对地下管线的图形进行分析,证明了去除直达波的有效性。最后,利用不同管线的成像特点,分析探测的波形堆积图,准确地判断出了探测路面地下的线缆和管道走向。     

Circuit modeling for ultra‐wideband Tx‐Rx antenna systems based on frequency domain S‐parameters

This paper presents a circuit modeling procedure for Ultra‐wideband (UWB) Tx‐Rx antenna systems based on frequency domain S‐parameters. The modeling used an existing two‐port network's model consisting of four SPICE analog behavioral modules. The accuracy of the model has been validated by comparing its transient response with the measurement result using an oscillograph. This model can be used for the co‐design of the UWB Tx‐Rx antenna system with transmitters and receivers in circuit simulators. In the study, Tx‐Rx antenna systems using planar bow‐tie antenna and horn antenna with ultra‐wide bandwidths are used as examples. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

A 5‐GHz energy‐efficient tunable pulse generator for ultra‐wideband applications using a variable attenuator for pulse shaping

A new energy‐efficient tunable pulse generator is presented in this paper using 0.13‐µm CMOS technology for short‐range high‐data‐rate 3.1–10.6 GHz ultra‐wideband applications. A ring oscillator consisting of current‐starved CMOS inverters is quickly switched on and off for the duration of the pulse, and the amplitude envelope is shaped with a variable passive CMOS attenuator. The variable passive attenuator is controlled using an impulse that is created by a low‐power glitch generator (CMOS NOR gate). The glitch generator combines the falling edge of the clock and its delayed inverse, allowing the duration of the impulse to be changed over a wide range (500–900 ps) by varying the delay between the edges. The pulses generated with this technique can provide a sharp frequency roll off with high out‐of‐band rejection to help meet the Federal Communications Commission mask. The entire circuit operates in switched mode with a low average power consumption of less than 3.8 mW at 910 MHz pulse repetition frequency or below 4.2 pJ of energy per pulse. It occupies a total area of 725 × 600 µm² including bonding pads and decoupling capacitors, and the active circuit area is only 360 × 200 µm². Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.