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