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1、第29卷第1期西安工业大学学报Vol.29No.12009年02月JournalofXi’anTechnologicalUniversityFeb.2009文章编号:167329965(2009)0120672043穿墙探测雷达中的脉冲产生技术研究112倪原,郭玉萍,杨辉(1.西安工业大学电子信息工程学院,西安710032;2.西安邮电学院通信工程系,西安710061)摘要:穿墙探测雷达(Through2the2wallSurveillanceRadar,TWSR)技术实现的关键之一是如何设计并产生超宽带脉冲.分析了TWSR主要参数选取方法,讨论了几种UWB中常用窄
2、脉冲产生方法及其特点;分析设计了一种基于射频三级管的低电压雪崩特性的超宽带脉冲产生电路,并通过Multisim仿真调试,产生了峰值电压为1.4V,宽度为616ps的UWB双极性窄脉冲,其前沿类似于高斯脉冲一阶导函数波形,且波形较为理想,电路简单,易于实现.关键词:TWSR;超宽带;射频三级管;双极性窄脉冲中图号:TM133文献标志码:A穿墙探测(Through2the2wallSurveillanceRa2技术,它采用极窄脉冲直接激励天线,因此极窄脉dar,TWS)技术是20世纪90年代以后才发展起来冲的产生显得尤为重要.文中分析设计的皮秒级窄的新技术,其融合雷达技
3、术、生物医学工程技术于脉冲的产生电路对进一步研究MIR技术的应用具一体,是指借助于外来能量(探测媒介),不接触人有十分重要的现实意义.体,而且隔一定的距离,隔一定的介质(砖墙、废墟1系统简介及主要参数的选取等),在对人体无约束的情况下,探测人体生命信息[1](如呼吸、心跳).常用的TWS雷达可分为连续穿墙探测雷达是穿过一定的介质对其后的目[2]波雷达和超宽带雷达两种,近年来,超宽带(Ul2标进行探测的,工作示意图如图1所示.其参数的traWideband,UWB)雷达克服了连续波雷达的种选择主要包括雷达工作频率和发射信号形式.种缺陷,充分利用了现代雷达技术的最新成果
4、,采TWSR的工作频率主要由电磁波对墙壁的穿透性用全新的设计方法,集功能强、成本低、容易集成等能决定.研究表明:在1～10GHz范围的电磁波在特点于一身,在科技界备受关注,广泛应用于军事、穿过混凝土墙壁时衰减很小,并且随着频率的降[4]反恐、医疗、警戒、安检、救灾等方面.低,衰减也在减少.微功率超宽带雷达(Micro2powerImpulseRa2dar,MIR)是一种功率极其微小的超宽带雷达,又称冲激雷达、无载波雷达、非正弦雷达,具有很大的相对带宽(一般大于25%),他的发射脉冲极窄、峰值功率很高、平均功率极低、频谱分布在很宽的范[3]围内,具有相当高的距离分辨率
5、.然而,在UWB图1穿墙探测雷达工作示意图技术的所有应用中都必须首先考虑如何产生并获Fig.1DiagramofTWSRsystem得可用于传输信息的皮秒级UWB窄脉冲.从本质一般情况下,普遍采用的是高斯函数的一阶导[5]上看,MIR技术就是发射和接收超短电磁脉冲的函数波形(其直流分量为零),如图2所示.其表3收稿日期:2008205210基金资助:陕西省教育厅专项科技基金资助项目(05JK225)作者简介:倪原(19552),男,西安工业大学教授,主要研究方向为信息处理与智能控制.E2mail:nnyy930@sohu.com.68西安工业大学学报第29卷达式为要
6、的UWB脉冲信号.但这两篇文献所产生的242-2πtUWB脉冲均为单极性,这类脉冲含有丰富的直流πteα2(1)s(t)=±3α成分,会降低系统的发射功率,同时在系统内部产222式中:α=4πσ为脉冲形成因子;σ为方差.生反射振荡.改进的方法就是采用如图2所示的双极性脉冲,这种脉冲更有利于脉冲信号的检测接收.本文就是在单极性的基础上进一步设计并产生了冲击体制雷达所期望的UWB双极性脉冲.2.2基本脉冲产生电路基本脉冲产生电路如图3所示,主要包括微分整形电路和极窄脉冲形成电路两部分.微分整形电路由C1和RB构成,其作用是使触发脉冲的上升沿尽量陡峭,能够快速推动三极管进
7、入雪崩状态,同时又不会形成过大的基极持续输入电流而造成图2高斯函数的一阶导函数波形三极管损坏.极窄脉冲形成电路由开关电路和脉冲Fig.2WaveformofGaussian1stderivativefunction波形形成电路组成,开关电路由射频三极管和RB2发射脉冲电路的分析与设计构成,实际上是利用三极管工作在饱和区或是截止区起到开关作用.脉冲波形形成电路由储能电容2.1极窄脉冲产生方案C2和负载电阻RL构成.三极管导通前,电源电压从国、内外对UWB技术的研究来看,目前极通过RC给C2充电.当正脉冲到达时,使管子处于窄脉冲产生的方法大致可以分为2类,一类是利用
