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第1章 超宽带雷达应用与设计导论1

1.1 引言和目的1

1.1.1 超宽带雷达的概念1

1.1.2 编者目的1

1.2 超宽带雷达的起源1

1.2.1 我与超宽带雷达的渊源1

1.2.2 带宽和雷达距离分辨率2

1.2.3 早期超宽带雷达演示计划3

1.3 超宽带雷达资源4

1.4 超宽带雷达的定义和条例5

1.4.1 超宽带雷达的早期历史5

1.4.2 超宽带雷达的标准定义5

1.4.3 带宽名称与定义7

1.5 超宽带雷达的时域和频域分析7

1.6 非正弦信号传播8

1.6.1 背景8

1.6.2 收发过程高斯脉冲转换样例8

1.6.3 高斯脉冲信号传播的结论11

1.7 超宽带雷达：未来趋势与应用11

1.7.1 开放空间测量和监视11

1.7.2 材料穿透遥感应用12

1.7.3 医学测量和成像12

1.7.4 安保12

1.7.5 军事遥感应用12

1.8 超宽带雷达发展的未来方向12

1.8.1 超宽带天线阵列几何结构优化12

1.8.2 天线阵列信号同步12

1.8.3 接收机信噪比改进13

1.8.4 多基地雷达13

1.8.5 目标成像和识别的高阶信号处理13

1.9 未来超宽带雷达的架构14

1.10 小结15

参考文献15

第2章 超宽带通信系统和雷达系统的发展17

2.1 引言17

2.2 超宽带通信的概念17

2.3 超宽带无线电通信系统的发展历史18

2.4 超宽带无线电通信系统的主要组成23

2.4.1 脉冲串的产生和发射24

2.4.2 脉冲调制24

2.4.3 脉冲检测和接收25

2.4.4 超宽带天线的效率25

2.5 超宽带信号的检测和放大25

2.5.1 Tektronix公司的系统27

2.5.2 Harmuth的系统28

2.5.3 Ross和Robbins的系统29

2.6 超宽带发射信号的相干测试技术难点30

2.7 超宽带发展的总体概述31

2.7.1 干扰问题31

2.7.2 超宽带通信系统的信道容量32

2.7.3 超宽带发射机33

2.7.4 超宽带辐射测量33

2.8 超宽带雷达传感器34

2.8.1 概述34

2.8.2 目标的超宽带响应特性34

2.8.3 雷达和传感器36

2.8.4 超宽带接收机37

2.8.5 能够穿墙、穿透地面和植被的雷达38

2.8.6 俄罗斯的超宽带雷达系统39

2.9 高阶信号处理40

2.9.1 奇点展开法40

2.9.2 白噪声分析法41

2.9.3 高分辨率目标识别的时频分析法42

2.9.4 高分辨率目标检测的时频分析法43

2.10 小结46

致谢46

参考文献47

第3章 超宽带系统波形变换：起因和影响54

3.1 引言54

3.1.1 窄带和超宽带信号54

3.1.2 信号波形、带宽和传播影响54

3.2 辐射过程中UWB信号波形变化55

3.2.1 UWB辐射分析：简介和背景55

3.2.2 天线如何辐射UWB信号55

3.2.3 UWB天线远场辐射影响56

3.3 UWB天线的辐射图59

3.3.1 辐射波形如何随着感测角变化59

3.3.2 时域辐射的UWB域60

3.4 确定在接收和产生天线接收方向图过程中UWB信号波形的变化62

3.4.1 UWB脉冲波形如何随观测角变化62

3.4.2 UWB天线方向性65

3.5 UWB天线接收和发射方向图以及可逆性原理65

3.6 UWB信号检测中的特殊问题66

3.7 利用UWB信号的目标RCS测量70

3.8 UWB雷达距离方程：UWB雷达应用的局限性和特点73

3.9 实际应用的近程超宽带雷达设计75

3.9.1 用于病人心跳和呼吸频率24小时监测的超宽带雷达75

3.9.2 用于人体生理遥测的超宽带雷达76

3.9.3 用于穿墙探测人员的超宽带雷达76

3.10 小结77

致谢77

参考文献77

第4章 美国及欧洲国家对于超宽带系统的有关规定79

4.1 简介79

4.1.1 背景79

4.1.2 本章目标79

4.1.3 警告79

4.2 美国关于超宽带设备的一些规定79

4.2.1 美国超宽带规定的来源79

4.2.2 U.S.C．第47条对超宽带设备的限制79

4.3 欧盟颁布的有关超宽带的条例97

4.3.1 简介97

4.3.2 欧盟条例的历史98

4.3.3 欧盟与超宽带相关条例的节选内容98

参考文献119

第5章 穿透材料超宽带系统的原理121

5.1 引言121

5.2 MPR的应用121

5.3 MPR系统架构和操作122

5.4 MPR系统设计123

5.5 固体媒介中的电磁波传播124

5.5.1 媒介特性124

5.5.2 MPR信号传播125

5.5.3 发射媒介特性和MPR设计126

5.6 MPR成像130

5.7 小结131

参考文献131

第6章 超宽带与随机信号雷达133

6.1 随机信号雷达介绍133

6.1.1 随机信号雷达概述133

6.1.2 随机信号雷达的历史133

6.1.3 随机信号雷达的实施架构135

6.1.4 随机信号雷达处理方案139

6.2 超宽带与随机信号雷达的联合140

6.2.1 随机信号的产生141

6.2.2 超宽带载波调制随机信号雷达141

6.2.3 超宽带无载波随机编码脉冲雷达148

6.3 超宽带随机信号雷达的优势151

6.3.1 抗射频干扰能力151

6.3.2 低截获概率153

6.3.3 电磁兼容性158

6.4 超宽带随机信号雷达的应用162

6.4.1 埋藏物的探测163

6.4.2 短距离SAR成像165

6.4.3 结构变化的远程监视169

6.4.4 随机信号雷达的未来可能应用171

参考文献172

第7章 地面介电常数自动测量与使用含局部对象响应的GPR图像的目标位置自动探测177

7.1 引言177

7.2 电容率测量178

7.3 Hough变换用于双曲线检测178

7.3.1 二元成像178

7.3.2 GPR信号的Hough变换179

7.3.3 加速Hough变换计算181

7.4 Hough空间对电容率误差的依赖性181

7.5 计算电容率的算法183

7.6 Hough变换方法的结论185

7.7 自动目标探测方法的性能数值评估185

7.8 目标探测方法的度量标准185

7.9 模拟GPR图像中的目标探测186

7.10 试验GPR图像中的目标探测189

7.11 小结192

参考文献192

第8章 均匀半空间附近目标的UWB后向散射194

8.1 引言194

8.2 具有地参数的分层半空间内的超宽带信号散射194

8.2.1 对象194

8.2.2 问题求解方法194

8.2.3 数值计算结果198

8.3 双基地情况下完全导电目标的脉冲特性201

8.3.1 问题解决方法202

8.3.2 椭圆体脉冲特性204

8.3.3 双基地情况下飞机模型的瞬态响应计算205

8.4 位于均匀半空间附近的完全导电体所散射的脉冲信号207

8.4.1 问题的公式与主要计算关系208

8.4.2 数值结果213

参考文献216

第9章 超宽带雷达的医学应用217

9.1 引言217

9.1.1 超宽带雷达医学成像的潜力与好处217

9.1.2 章节回顾217

9.2 电磁波与人体组织218

9.2.1 简介218

9.2.2 空军研究实验室Gabriel组织特性数据库218

9.2.3 生物组织的反射性222

9.3 采用UWB雷达进行心率和呼吸率测量223

9.3.1 遥控PMR224

9.3.2 生命征兆监测器228

9.4 用于胸腔和颅内创伤诊断的UWB雷达229

9.4.1 背景229

9.4.2 用于气胸检测的UWB雷达230

9.4.3 雷达对颅内出血的检测233

9.4.4 出血性中风的检测236

9.4.5 小结238

9.5 用于肿瘤检测的UWB雷达238

9.5.1 组织对比度和UWB雷达肿瘤检测238

9.5.2 雷达的肿瘤检测方法238

9.5.3 用于医学诊断的微波成像239

9.5.4 医学微波断层扫描242

9.5.5 UWB雷达成像和断层扫描技术的未来发展方向243

9.6 UWB雷达医学应用小结244

致谢245

参考文献245

第10章 大电流辐射器：问题、分析和设计248

10.1 引言248

10.2 LCR天线的基本原理248

10.3 LCR驱动信号发生器的设计249

10.3.1 含双极型晶体管的开关250

10.3.2 电子雪崩晶体管开关250

10.3.3 用S二极管作为开关252

10.3.4 硅场效应晶体管开关253

10.3.5 GaAs FET开关256

10.3.6 微波电路开关257

10.3.7 LCR激励小结258

10.4 辐射UWB脉冲电磁场的天线设计258

10.4.1 UWB LCR天线尺寸259

10.4.2 LCR天线近场和远场特性265

10.4.3 返回环路屏蔽是如何影响LCR辐射的270

10.4.4 如何降低辐射器感应274

10.4.5 多单元LCR辐射器的设计279

10.4.6 如何控制LCR辐射的脉冲持续时间281

10.5 小结283

10.6 致谢283

参考文献284

第11章 Novelda纳米脉冲雷达286

11.1 引言286

11.2 Novelda脉冲雷达概述287

11.3 Novelda纳米脉冲雷达CTBV信号获取系统288

11.3.1 通过CTBV编码获取信号289

11.4 Novelda雷达通过脉冲重复频率参差的扩大最大不模糊292

11.5 Novelda雷达——高速和低功耗创新293

11.6 Novelda雷达——流水线式数据输出293

11.7 Novelda雷达开发套件294

11.8 Novelda雷达天线296

11.9 小结297

致谢298

参考文献298

第12章 材料穿透UWB雷达成像的原理和方法299

12.1 引言299

12.2 工作和设计原理299

12.2.1 基于材料工作环境的分类299

12.2.2 材料穿透雷达的主要性能指标301

12.2.3 系统级设计的限制和权衡302

12.3 实施方法303

12.3.1 支持宽带工作的方法303

12.3.2 雷达目标特征测量304

12.3.3 天线工作条件305

12.4 雷达成像方法307

12.4.1 信号处理技术307

12.4.2 雷达图像显示技术308

12.4.3 图像判读309

12.5 SAR成像方案310

12.5.1 天线在远场条件工作的UWB SAR310

12.5.2 用于探测植被中物体的前视UWB SAR311

12.5.3 用于地雷探测的侧视UWB SAR313

12.6 逆SAR成像方案314

12.6.1 采用穿墙ISAR技术跟踪动目标314

12.6.2 用于旋转动目标高分辨成像的ISAR315

12.7 采用有限尺寸物理孔径进行成像316

12.8 医学UWB雷达干涉成像318

12.9 小结320

参考文献320

第13章 全息探地雷达技术与应用323

13.1 引言323

13.2 雷达的描述325

13.2.1 HSR的设计325

13.2.2 点散射体的理论分析327

13.2.3 验证低衰减介质的RASCAN图像331

13.3 HSR应用领域和示范333

13.3.1 RASCAN建筑结构测量333

13.3.2 建筑物浸水检测335

13.3.3 安保应用336

13.3.4 人道形式的探矿337

13.4 小结338

致谢338

参考文献338

第14章 Xaver穿墙超宽带雷达设计研究340

14.1 引言340

14.2 Xaver雷达设计目标340

14.2.1 功能：提供建筑物内高质量的实时三维影像340

14.2.2 频率选择340

14.2.3 穿墙成像技术342

14.3 最先进的穿墙雷达342

14.4 设计Camero Xaver 400和800系列雷达穿墙系统344

14.4.1 Camero Xaver 800穿墙雷达344

14.4.2 Camero Xaver 400手持型穿墙雷达347

14.5 Camero Xaver雷达先进的设计特点347

14.5.1 天线系统模型347

14.5.2 基于信息理论测量天线质量348

14.5.3 天线信息容量的例子350

14.5.4 天线阵列配置小结352

14.6 Camero Xaver雷达的高分辨率穿墙成像352

14.6.1 背景与目标352

14.6.2 高分辨率实时雷达成像的技术问题352

14.7 高分辨率成像的实验结果353

14.7.1 Camero Xaver 800穿墙雷达系统353

14.7.2 时间延迟补偿效果354

14.8 小结355

致谢355

参考文献355

第15章 Camero公司信噪比改善的雷达信号采集系统357

15.1 引言357

15.2 SAS设计目标357

15.2.1 信号、噪声和接收机的动态范围357

15.2.2 接收机的信噪比改善358

15.3 Camero公司，UWB雷达的信号采集系统和方法358

15.3.1 Camero公司SAS系统的组成和信号处理358

15.3.2 Camero公司的信号处理方法359

15.3.3 SAS系统对信噪比的改进359

15.3.4 Camero公司的SAS系统的设计360

15.3.5 Camero公司SAS系统的积分周期计算361

15.3.6 信号积分的替代方法363

15.3.7 Camero公司的SAS的通用工作原理365

15.4 小结365

参考文献365

第16章 Camero公司的用于距离单元同步的时间延迟校准系统366

16.1 引言366

16.2 多通道雷达系统的时间延迟问题367

16.3 多通道系统的相干配准368

16.4 Camero公司的时间延迟校准系统369

16.4.1 时延测量过程的目标369

16.4.2 时间延迟测量369

16.5 Camero TDCS的实际应用系统374

16.5.1 设计目标和要求374

16.5.2 时间延迟估算模块的设计375

16.5.3 TDCS的性能375

16.6 小结376

致谢377

参考文献377

第17章 Camero公司的检测隐藏武器的超宽带雷达378

17.1 引言378

17.2 先进的CWD系统378

17.2.1 人体扫描技术概述378

17.2.2 高分辨率的人体扫描仪379

17.2.3 低分辨率远距离筛选系统380

17.2.4 人体扫描功能概述381

17.3 Camero公司的超宽带雷达隐藏武器检测系统382

17.3.1 研究背景382

17.3.2 设计UWB隐藏武器成像雷达382

17.4 小结387

致谢387

参考文献387