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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PMR 224

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 SAR 310

12.5.2 用于探测植被中物体的前视UWB SAR 311

12.5.3 用于地雷探测的侧视UWB SAR 313

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ISAR 315

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