超宽带雷达系统中皮秒级脉冲源的研制

提出一种新型超宽带雷达高斯脉冲信号产生电路的设计方法,该电路利用微波三极管的开关特性和阶跃恢复二极管的阶跃特性,以及电容的充放电过程产生高斯脉冲信号,利用ADS软件对脉冲产生电路进行了仿真与分析。测量结果表明,该电路可以产生脉冲宽度400ps,重复频率1MHz,幅度4.1V的窄脉冲信号,且脉冲振铃很小,与仿真结果基本吻合,从而验证了该方法的合理性。该电路通过调节充放电电容的值实现脉冲幅度可调,当重复频率提高至10 MHz时,可得到3V～8V的幅度可调皮秒级高斯脉冲。该脉冲源能够满足超宽带雷达系统不同的应用要求。     

口径天线辐射脉冲持续时间的研究

通过解析积分运算 ,获得了阶跃脉冲激励口径天线的瞬态辐射场的解析表达式 ,分析了辐射电场脉冲的持续时间与口径尺寸、观察距离及观察角度的依赖关系。分析表明在θ≠ 0°方位上辐射场脉冲持续时间随场点俯角的增大、口径的增大而展宽 ,而在θ =0°附近辐射场脉冲持续时间随观察距离的增大而减小。通过解析积分运算 ,获得了阶跃脉冲激励口径天线的瞬态辐射场的解析表达式 ,分析了辐射电场脉冲的持续时间与口径尺寸、观察距离及观察角度的依赖关系。分析表明在θ≠ 0°方位上辐射场脉冲持续时间随场点俯角的增大、口径的增大而展宽 ,而在θ =0°附近辐射场脉冲持续时间随观察距离的增大而减小。     

一种新的多天线SC-FDE UWB系统信噪比估计方法

为辅助实现多天线单载波频域均衡超宽带系统相干检测,提出一种新的信噪比估计方法.该方法在不同发射天线传输满足空间复用条件的导频序列,接收端首先获得多天线子信道最小二乘估计,再根据信道共轭对称特性构造噪声采样矢量,然后应用克拉美罗定理获得噪声方差信息,最后联合二者计算系统的信噪比值.仿真结果表明:和传统方法不同,提出方法不仅在高信噪比端大大提高了估计精度,而且可以和简单易执行的最小二乘信道估计器同时使用.     

双非门结构皮秒级窄脉冲设计

窄脉冲的产生是超宽带通信系统中的一项关键技术,不同的应用对脉冲的产生方法有不同的要求。文中分析了超宽带室内定位系统中几种常规的超宽带窄脉冲产生方法,比较了它们的优缺点,对存在的问题进行了研究。在此基础上首先设计了一种基于数字方法的脉冲发生器,通过对该脉冲发生器的仿真分析提出了一种基于双非门结构的超宽带窄脉冲的产生方法,仿真结果表明,利用该方法得到的脉冲重复频率为10 MHz,宽度为150 ps。实验电路测试结果与理论分析和仿真结果基本一致。相电路比常规的数字电路窄脉冲产生方法,该设计方法不仅电路简单,对器件的要求不高,成本低,而且脉冲宽度变窄了十几倍,定位精度更高。     

伪波束法研究超宽带室内信道的功率分布

针对超宽带(UWB)信号的传输特点,以及超宽带信道与窄带信道间的区别,基于传播环境的几何描述,使用伪波束法建立了UWB多径信道有约束的布朗桥模型(BBBM)。根据UWB室内多径信道接收功率的遍历性假设,利用得到的多径信道模型计算室内UWB通信系统的功率分布。对三个典型环境下不同路径的UWB室内信号功率分布进行了仿真分析,计算结果与理论分析一致,表明基于伪波束法的UWB室内信道BBBM模型是正确的,使用BBBM模型可以分析UWB通信系统在室内环境的功率覆盖。     

基于蛇优化算法的Otsu 图像分割方法

Otsu算法是图像处理中运用广泛的图像分割方法,尽管有着计算简单、准确的特性,但因为需要进行穷举运算,所以计算效率不高。为提高图像分割的实时性,引入了蛇优化算法(SO)对Otsu进行了优化,创建了基于蛇优化算法的Otsu图像分割方法(SO-Otsu)。在该算法中,利用蛇优化算法来模拟蛇的特性进行最佳阈值的寻找,以降低迭代时间,提升计算速度。在仿真实验中,利用经典的Lena、Peppers、Goldhill、Cameraman图片进行测试,与基于果蝇优化算法的Otsu方法(FOA-Otsu)和基于麻雀搜索算法的Otsu方法(SSA-Otsu)进行对比。并通过计算峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)、特征相似性(FSIM)和计算时间作为评价指标结果进行评估。结果表明,与其他算法相比,算法计算效率高、分割细节效果好且综合分割性能优异,为提高图像分割的计算效率提供了一种理想的工具。     

不同参数超宽带反射面天线系统辐射特性

在超宽带反射面天线设计中,首要问题是馈电天线的方向图与反射器匹配。以往在频域上对反射面天线的研究发现,当馈源天线方向图给出约-11 dB的边缘照射时,反射面天线可实现其最佳性能。在参数化模拟了作为馈源的透射电子显微镜(TEM)喇叭天线方向图特性的基础上,根据反射面天线的频域设计准则,相应地加入合适的超宽带反射面天线,对其远场辐射特性进行模拟计算。为了获得尽可能大的远场辐射场,采用计算机仿真技术(CST)数值模拟软件,在0 GHz~1 GHz频率范围内模拟了以不同参数TEM喇叭天线作馈源的超宽带反射面天线的远场辐射特性,并在时域上对其结果进行分析。模拟结果表明,由于其相位中心的不确定性,作为馈源的TEM喇叭天线无法与反射面天线完全匹配,其沿着反射面天线主轴移动时产生的反射面口径场相位和幅度的变化影响着远场辐射场的变化,TEM喇叭天线的遮挡效应也不容忽视。     

基于区域谷值双层EEMD方法的超宽带雷达生命信息检测

为解决心跳信息在低信噪比环境下难以提取的问题,提出一种基于区域谷值双层EEMD的信号检测方法。首先,对原始数据进行伪二维聚类经验模态分解(Pseudo Bi-Dimensional Ensemble Empirical Mode Decomposition,PBDEEMD)去除系统静态杂波以获得目标矩阵;其次,计算目标矩阵关于快时间轴的能量函数,选择能量函数上目标时间区域的谷值作为特征时间指数;最后,提取时间指数所对应的慢时间信号,并对信号进行聚类经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)获得呼吸和心跳信息。仿真结果表明,在不同信噪比下,基于区域谷值的双层EEMD方法都可以实现呼吸与心跳信号的有效分离。     

Adapting the Ranging Algorithm to the Positioning Technique in UWB Sensor Networks

Ultra-Wideband (UWB) is an emerging technology for short-range wireless communications. Due to the high bandwidth of UWB signals, accurate ranging and positioning is possible, which is one of many reasons why UWB is a candidate physical layer for another emerging research area, that of wireless sensor networks (WSNs). In this work, we argue that the ranging algorithm design should be made with the characteristics of the positioning algorithm in mind. In considering ranging and positioning in parallel, we are able to construct a range estimator that is tailored to the positioning algorithm, thereby achieving robustness to non-line-of-sight (NLOS) effects, reasonable overall complexity, and good performance in terms of positioning error. The analysis and simulations in this work are based on the channel models adopted by the IEEE 802.15.4a working group, and highlight the benefits and drawbacks of the proposed approach.     

Novel analysis and optimization of gm-boosted common-gate UWB LNA

This paper focuses on the design optimization of g_m-boosted common gate (CG) CMOS low-noise amplifier (LNA) for ultra-wideband (UWB) wireless technology. In this regard, a detailed novel analysis of the UWB g_m-boosted CG amplifier topology is presented, which includes the finite g_ds (=1/r_eds) effects. For UWB systems, signal-to-noise ratio (SNR) can be defined as the matched filter bound (MFB). Using this definition, the noise performance of the UWB CG LNA in the presence of the g_m-boosting gain and the input noise-matching network are analyzed. It is found that the optimal noise factor of the UWB LNA collapses to the published narrowband g_m-boosted CG LNA noise factor when an assumption of narrowband is applied. It is also proved that the noise performance of the g_m-boosted UWB CG LNA is independent of the bandwidth of the input UWB signal. A new technique is presented for the design of optimal noise-matching network using passive components at the input of the UWB CG LNA. In this regard, role of the g_m-boosting stage and its effect on the SNR and the gain of the overall system are analyzed, and, in addition, its non-idealities are simulated in detail.