微功率沖擊雷達系統接收信號處理電路設計

摘要：系統接收信號處理電路設計是微功率沖擊雷達技術(shù)實(shí)現的關(guān)鍵部分。設計了一種基于相關(guān)檢測和距離窗的雙門(mén)限檢測的微功率沖激雷達接收系統電路，具體分析了接收信號處理電路的工作原理。通過(guò)仿真和試驗，該接收系統電路可獲得具有平坦的3 dB通頻帶幅頻特性的帶通、低通和高通濾波器和Q值大于5的50 Hz陷波器，達到理論設計要求，電路結構簡(jiǎn)單、成本低、性能好，在超寬帶雷達技術(shù)中具有應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：微功率沖擊雷達；超寬帶(UWB)；接收電路；濾波器設計

微功率沖擊雷達是國際上近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型高技術(shù)雷達，作為超寬帶雷達類(lèi)型的一種，沖激雷達直接發(fā)射無(wú)載波的基帶極窄脈沖，與傳統雷達不同的是沖激 雷達系統既不需要對發(fā)射信號進(jìn)行載波調制，也不需要對接收信號進(jìn)行載波解調，而是發(fā)射和接收無(wú)載波的極窄脈沖信號，并通過(guò)相應的信號處理電路，獲得目標信 息。其突出的特點(diǎn)是功率小，壽命長(cháng)，成本低，用途廣。
一般脈沖雷達發(fā)射的信號是射頻脈沖串，而沖激雷達的發(fā)射信號直接是沖激脈沖串。沖擊雷達發(fā)射和接收超短脈沖來(lái)實(shí)現距離探測。雷達的距離分辨率正比于發(fā)射脈 沖寬度τ，即：距離分辨率d=τc／2，其中c為電磁波在空間的傳播速度。通常，沖激雷達發(fā)射的是納秒甚至皮秒量級的超短脈沖，所以，其距離分辨率可達幾 到幾十厘米。但雷達的穿透性能和高分辨率成像是一對矛盾。由于本文主要研究微功率沖激雷
達技術(shù)在穿墻生命探測方面的應用，偏重于對墻壁的穿透性能，故選擇低頻工作頻段。微功率短程超寬帶雷達可穿透6 m厚的磚墻，天線(xiàn)直徑只有45 cm，發(fā)射機、接收機只有一部收音機大小。研究表明：在低頻段，在1～10 GHz范圍的電磁波在穿過(guò)混凝土墻壁時(shí)衰減很小，隨著(zhù)頻率的降低，衰減也在減少。因此，低于10 GHz的頻率適合對磚塊和混凝土構筑的墻壁穿透探測，在此范圍內頻率越低穿透性能越好。

1 系統工作原理
微功率沖擊雷達探測系統的結構框圖如圖1所示，此系統主要由脈沖發(fā)射機、接收機、信號處理電路和天線(xiàn)組成。
圖1中，脈沖振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，一方面，此信號經(jīng)過(guò)脈沖整形后作為觸發(fā)脈沖，觸發(fā)窄脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生極窄脈沖，并通過(guò)寬帶天線(xiàn)發(fā)射出去，被目標反射的回 波信號傳送到接收采樣電路；另一方面，脈沖振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過(guò)延時(shí)電路產(chǎn)生窄脈沖作為距離門(mén)對接收信號進(jìn)行選擇，接收取樣輸出的信號，經(jīng)過(guò)積分電路對接 收信號進(jìn)行積累，再經(jīng)過(guò)放大電路和帶通濾波電路檢測微弱的目標回波信號，最后經(jīng)過(guò)A／D采集卡送到計算機進(jìn)行顯示和處理，利用數字信號處理技術(shù)對探測雷達 波門(mén)進(jìn)行控制。

2 系統硬件電路設計
系統接收信號處理電路設計是微功率沖擊雷達接收機實(shí)現的基礎。其結構框圖如圖2所示，主要由取樣積分電路、可變延遲單元、帶通濾波電路和放大濾波電路組成。

2．1 取樣積分單元
積分取樣電路將接收到的被目標反射的UWB微弱脈沖信號和經(jīng)過(guò)延時(shí)后的參考脈沖信號進(jìn)行相關(guān)檢測，即取樣積分，提高信噪比，然后經(jīng)過(guò)帶通 濾波電路和放大濾波電路實(shí)現對人體運動(dòng)信息和生命特征信息的接收和檢測。這里可變延遲電路為取樣積分電路提供精確的同步參考脈沖信號，它的一個(gè)輸入是發(fā)射 端脈沖信號，另一個(gè)輸入由接收后端微控制單元的程序精確控制。