微功率沖擊雷達系統(tǒng)接收信號處理電路設(shè)計

摘要：系統(tǒng)接收信號處理電路設(shè)計是微功率沖擊雷達技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵部分。設(shè)計了一種基于相關(guān)檢測和距離窗的雙門限檢測的微功率沖激雷達接收系統(tǒng)電路，具體分析了接收信號處理電路的工作原理。通過仿真和試驗，該接收系統(tǒng)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(shè)計要求，電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、性能好，在超寬帶雷達技術(shù)中具有應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：微功率沖擊雷達；超寬帶(UWB)；接收電路；濾波器設(shè)計

微功率沖擊雷達是國際上近年來發(fā)展起來的一種新型高技術(shù)雷達，作為超寬帶雷達類型的一種，沖激雷達直接發(fā)射無載波的基帶極窄脈沖，與傳統(tǒng)雷達不同的是沖激 雷達系統(tǒng)既不需要對發(fā)射信號進行載波調(diào)制，也不需要對接收信號進行載波解調(diào)，而是發(fā)射和接收無載波的極窄脈沖信號，并通過相應(yīng)的信號處理電路，獲得目標(biāo)信 息。其突出的特點是功率小，壽命長，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實現(xiàn)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(yīng)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混凝土墻壁時衰減很小，隨著頻率的降低，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(gòu)筑的墻壁穿透探測，在此范圍內(nèi)頻率越低穿透性能越好。

1 系統(tǒng)工作原理
微功率沖擊雷達探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，此系統(tǒng)主要由脈沖發(fā)射機、接收機、信號處理電路和天線組成。
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，并通過寬帶天線發(fā)射出去，被目標(biāo)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)過延時電路產(chǎn)生窄脈沖作為距離門對接收信號進行選擇，接收取樣輸出的信號，經(jīng)過積分電路對接 收信號進行積累，再經(jīng)過放大電路和帶通濾波電路檢測微弱的目標(biāo)回波信號，最后經(jīng)過A／D采集卡送到計算機進行顯示和處理，利用數(shù)字信號處理技術(shù)對探測雷達 波門進行控制。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
系統(tǒng)接收信號處理電路設(shè)計是微功率沖擊雷達接收機實現(xiàn)的基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)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(biāo)反射的UWB微弱脈沖信號和經(jīng)過延時后的參考脈沖信號進行相關(guān)檢測，即取樣積分，提高信噪比，然后經(jīng)過帶通 濾波電路和放大濾波電路實現(xiàn)對人體運動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，它的一個輸入是發(fā)射 端脈沖信號，另一個輸入由接收后端微控制單元的程序精確控制。