超宽带搜救雷达的编码信号探测方法研究

摘要在城市以及乡镇的现代化建设不断发展的趋势下，公路、桥梁等基础交通设施的分布范围越来越广。

随着使用时间的增长，这些基础设施由于各种原因(如建材质量、交通工具超载、恶劣天气等)会出现各种病害，如裂缝、下沉、脱空、变形等，容易造成各种交通事故，因此公路、桥梁等基础交通设施的状况调查和护养愈显重要。

同时由于规划与建设的不同步，在布置和建设地下管道、电缆、排水系统等地下设施时，常会遇到与其它工程设施冲突的问题。

因此在正式实施地下设施建设工程前，需要获取地下结构和目标分布等信息，以分析地下工程的可行性。

超宽带探地雷达技术是一种高效、精确的无损探测方式，对浅层目标具有良好的探测效果。

本文叙述了超宽带探地雷达的发展背景，系统组成与技术原理，研究了超宽带探地雷达在浅层目标探测方面的重构与仿真，并提出了一种基于功率谱估计的超宽带探地雷达浅层目标探测方法，同时分别利用RIS-K2探地雷达系统与GprMax2D软件进行实测和仿真实验，在Matlab数值计算环境中对所提出的方法进行目标探测数据处理。

本文的主要研究工作和成果如下：1.对超宽带探地雷达系统和理论进行了研究，对浅层目标进行了模型重构，同时利用基于时域有限差分法(FDTD)的GprMax2D软件对重构模型进行仿真，利用Matlab软件进行目标仿真数据处理。

2.将超宽带探地雷达技术理论应用于具体的实践应用中。

本文使用意大利IDS公司RIS-K2探地雷达系统进行了目标数据采集和目标探测实验。

同时利用Matlab软件对所采集的数据进行了成像和算法处理。

3.本文提出了一种基于功率谱估计的超宽带探地雷达浅层目标探测方法。

该方法主要针对探测深度小于5m的浅层目标探测的应用，减少了探测过程中所需存储的数据量，计算复杂度低，算法处理速度快，可以实现采集过程与数据处理过程的结合。

本文利用RIS-K2探地雷达系统对华南理工大学五山校区内的湖滨北路与嵩山路进行了实测，利用所提方法对探测采集的数据进行了数据处理与数据分析。

超宽带雷达生命探测技术研究赵尤信1， 姚海飞1，2， 李佳慧3， 彭然1， 李璕1（1. 煤炭科学技术研究院有限公司 矿山智能通风事业部，北京　100013；2. 中国矿业大学（北京） 应急管理与安全工程学院，北京　100083；3. 华北科技学院 建筑工程学院，河北 廊坊　065201）摘要：超宽带（UWB ）雷达生命探测技术具有功耗低、穿透性好、保密性高等优点，有利于提高灾后受困人员的生存率。

系统总结了UWB 雷达生命探测技术的国内外研究进展及现状。

根据发射信号形式不同，将UWB 雷达生命探测技术分为连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术，分别介绍了2种探测技术的原理与应用优势。

基于连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术的各自特点，从探测信号发射、回波信号预处理、生命信号提取与分析3个角度，分析了UWB 雷达生命探测关键技术，总结了3种关键技术的研究现状。

对UWB 雷达生命探测技术的研究进行展望：突破生命探测仪收发机硬件性能，提升发射信号带宽，优化射频功率放大技术，以增大穿墙探测距离；综合利用多种特征提取方法和智能模式分类方法，以及人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术，提高目标识别的精确度；研制基于多输入多输出雷达的人体目标辨识与定位装备和高精度分布式组网全极化UWB 雷达生命探测仪，提升探测结果维度。

关键词：灾后救援；生命探测；超宽带雷达探测；连续波雷达；脉冲波雷达；生命信号提取中图分类号：TD67 文献标志码：AResearch on ultra wideband radar life detection technologyZHAO Youxin 1, YAO Haifei 1,2, LI Jiahui 3, PENG Ran 1, LI Xun 1(1. Mine Intelligent Ventilation Division, CCTEG China Coal Research Institute, Beijing 100013, China ；2. School of Emergency Management and Safety Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing,Beijing 100083, China ； 3. Architectural Engineering College, North China University of Science and Technology,Langfang 065201, China)Abstract : Ultra wideband (UWB) radar life detection technology has the advantages of low power consumption, good penetration, and high confidentiality. It is beneficial for improving the survival rate of trapped personnel after disasters. This paper systematically summarizes the research progress and current status of UWB radar life detection technology both domestically and internationally. According to the different forms of transmitted signals, UWB radar life detection technology is divided into continuous wave radar life detection technology and pulse wave radar life detection technology. The principles and application advantages of the two detection technologies are introduced respectively. Based on the respective features of continuous wave radar life detection technology and pulse wave radar life detection technology, this paper analyzes the key technologies of UWB radar life detection from three perspectives: detection signal transmission, echo signal preprocessing, and life signal extraction and analysis, and summarizes the research status of the three key technologies. The paper proposes prospects for the research on UWB radar life detection technology. The technology breaks through the收稿日期：2023-07-03；修回日期：2023-09-14；责任编辑：李明。

超宽带穿墙雷达成像原理今天来聊聊超宽带穿墙雷达成像原理。

你看啊，在生活中我们有时候会觉得眼睛不够用，比如说你想知道墙那头有啥，眼睛可看不到。

但是超宽带穿墙雷达就像是有了一双“透视眼”，能够透过墙看到后面的物体成像，可神奇了。

超宽带穿墙雷达的原理呢，我也是研究了一阵子才略懂皮毛的。

首先，它会发射出超宽带的脉冲信号，这个超宽带信号就像是一阵超级复杂的声波，这个脉冲的频率范围特别宽。

比如说，普通的声音只是在一个小的频率范围内，而这个超宽带就像是从低沉的大鼓声到尖锐的哨子声这个超级大的频率范围组合起来的一种信号。

说到这里，你可能会问，这个信号发出去，怎么就能成像呢？这就要说到信号的传播和反射了。

这个信号碰到墙以及墙后面的物体，就会反弹回来。

咱们打个比方吧，这就像你在一个黑暗的屋子里丢出很多弹力球（代表超宽带脉冲信号），屋子里面有各种形状的家具（代表墙后的物体），球打到墙上或者家具上就会弹回来。

超宽带穿墙雷达接收到反射回来的脉冲之后呢，就可以根据信号的时间延迟、强度变化等信息来判断物体的位置、形状和材质。

因为不同的物体、不同的距离会对信号造成不同的影响。

就像是不同的家具对弹回来的球影响不一样，柔软的沙发可能对球的反弹方向有很缓和的改变，而硬邦邦的桌子可能会让球直接以一个很锐利的角度弹回来。

这背后其实是有不少理论支持的。

比如说电磁波传播理论，超宽带信号就是一种特殊的电磁波。

它在不同介质中的传播速度和电波衰减程度是不一样的。

墙相对真空或者空气是一种更复杂的传播介质，而墙后面不同的物体也是不一样的介质。

超宽带穿墙雷达在实际应用的案例也不少。

消防队员在着火的建筑物搜救幸存者的时候，如果烟雾很大根本看不见屋里情况，这个时候超宽带穿墙雷达就可以扫描各个房间，看看哪里有生命迹象，因为人体和周围的废墟等物体的反射特性是不一样的。

还有在军事上的城市巷战之中，可以探测建筑物内部敌人的分布情况，有助于制定作战计划。

不过呢，老实说，我一开始也不明白这个在处理复杂环境下信号分析为什么这么复杂。

超宽带 ( UWB ) 系统具有高传输速率、低功耗、探测精度高、穿透性强、安全性高等优势，在军事、雷达、生物探测、短距通信及室内室外高精度定位等场景有着广泛的应用。

并且随着半导体技术的发展，基于 CMOS 的 UWB 雷达芯片成为研究热点。

国内外众多学者及商业公司提出各具优势的 UWB 芯片及系统。

来自西安电子科技大学与军事科学院的研究团队在《电子与信息学报》发表最新文章，从UWB 系统、UWB 芯片架构中关键电路和关键技术的研究现状和发展进行综述。

什么是超宽带雷达（UWB）20 世纪 60 年代超宽带 ( Ultra-Wide Band，UWB ) 的构想首次在 "time-domain electromagnetics" 中被提出，采用一种无载波的窄脉冲信号进行通信。

由于其具有较好的安全性，高传输速率以及高距离分辨率，使其在军事及雷达等领域有着重要的应用价值。

2002 年 2 月，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）正式批准超宽带民用，规定超宽带的工作频率为 3.1~10.6 GHz，发射带宽大于 500 MHz，但为了防止超宽带与其他通信带宽产生干扰，对发射机发射功率进行了限制，即有效全向辐射功率小于– 41.2 dBm/MHz。

因此超宽带技术的高速传输速率是以非常宽的带宽为代价，同时超宽带脉冲雷达技术是发射机发射持续时间极短的脉冲信号，而收发机的重频周期较长，因此单位时间内消耗的功耗极低，适合今后低功耗的应用场景要求。

UWB 系统在军事雷达领域应用之外，在生物探测、室内定位等商业应用场景的得到重要的应用。

图 1 展示的是 UWB 系统的优势和应用场景。

图 1 UWB 系统的优势与应用场景UWB 雷达芯片中的关键技术UWB 雷达芯片关键技术主要包括了信号产生技术、超宽带功率放大器、超宽带低噪声放大器、高速量化技术等。

2004年7月第26卷　第7期系统工程与电子技术Systems Engineering and ElectronicsJul .2004Vol .26　No .7收稿日期:2002-12-04;修回日期:2003-11-27。

作者简介:黄巍(1968-),男,博士研究生,主要研究方向为雷达信号处理,宽带雷达信号检测。

　文章编号:1001-506X (2004)07-0889-04宽带雷达能量积累与信号检测方法研究黄　巍,贺知明,向敬成(电子科技大学电子工程学院,四川成都610054)摘　要:通过对宽带雷达信号目标回波特性的研究,在小信噪比情况下,对比分析了宽带雷达脉间相干积累和脉间非相干积累方法的性能,同时对多种不同信号检测方法在宽带雷达中的检测性能进行了对比研究。

利用模拟的理想数据和实测数据进行仿真研究的结果表明,脉间、脉内均采用非相干积累的滑窗检测方法是一种性能稳定、运算代价小的有效方法,且实现简单,有较强的工程应用价值。

关键词:宽带雷达;能量积累;滑窗;信号检测中图分类号:TN951 文献标识码:AOn detection methods of broadband radar signalsHUANG W ei ,HE Zhi -ming ,XIANG Jing -cheng(College of Electronic Engineering ,University of Electronic Science and Techn ology of China ,Chengdu 610054,China )Abstract :The char acteristics of broadband radar reflected signals are analyzed .The performanc es of c oher ent accumulation and non -coher ent accumulation methods in broadband radar ar e co mpared when the input SNR is small .At the same time .the pr eformances of sever al different signal detection methods in br oadband radar are compar ed and studied .Simulation results using modeled and measur ed data prove that ,sliding window energy accumlation detector with non -coherent accumulation is a stable and effec tive method and is very easy to realize .So it is ver y useful in pr o -ject design .Key words :br oadband r adar ;energy accumulation ;sliding window ;signal detec tion1　引　言随着雷达空间探测技术的发展,要求现代雷达能够提供更多、质量更高的目标信息,用以实现目标检测、分类、识别等功能。

雷达相位编码雷达技术作为一种重要的监测和探测工具，在军事、航空、气象等领域起着至关重要的作用。

而雷达相位编码作为现代雷达技术的一个关键环节，具有重要的理论和实践意义。

本文将从理论原理、编码方式和应用领域三个方面对雷达相位编码进行探讨。

一、理论原理雷达相位编码是指在雷达信号的发射和接收过程中，通过改变雷达的发射信号相位，实现对目标的距离、速度和角度等信息的获取。

在雷达系统中，发射信号的相位编码可以采用线性调频、频偏编码、多址编码等方式，以实现不同的测量目标。

其中，线性调频编码是最常用的一种方式，通过改变发射信号的频率梯度，实现对目标距离的精确测量。

而频偏编码可以根据接收到的目标回波信号的相位差异，实现对目标速度和角度的测量。

二、编码方式1. 线性调频编码线性调频编码是通过改变雷达发射信号的频率梯度来实现距离测量的一种编码方式。

其原理是根据信号的到达时间和频率来计算目标的距离。

在雷达信号发射时，通过线性改变信号的频率，当发射信号与目标回波信号发生重叠时，即可计算出目标的距离。

2. 频偏编码频偏编码是通过改变雷达发射信号的相位差异来实现对目标速度和角度的测量。

当目标相对于雷达系统移动时，目标回波信号的相位将发生变化。

通过测量这种相位差异，可以计算出目标的速度和角度信息。

三、应用领域雷达相位编码作为雷达技术的核心内容，广泛应用在军事、航空、气象等领域中。

在军事领域中，雷达相位编码可以实现高精度目标跟踪和导弹制导，提高军事作战的命中率和准确性。

在航空领域中，雷达相位编码可以用于飞机导航、地形测绘等应用，提供航空安全和航线规划的重要数据。

在气象领域中，雷达相位编码可以实现天气预报和气象灾害监测，提高气象服务的准确性和及时性。

总之，雷达相位编码作为现代雷达技术的一个重要环节，具有广泛的应用前景和重要的理论研究价值。

随着技术的不断发展，雷达相位编码将进一步提升雷达系统的性能和功能，为各个领域的应用提供更加精确和可靠的数据支持。

第35卷 第2期成都理工大学学报(自然科学版)V ol.35No.2 2008年4月JOU RN AL OF CHENGDU UNIVERSITY OF T ECH NOL OGY (Scienc e &Technolog y Edi t i o n)Apr.2008[文章编号]1671-9727(2008)02-0172-05基于互补序列码的超宽带搜救雷达信号处理[收稿日期]2006-10-31[基金项目]国家自然科学基金资助项目(40374027)[作者简介]赖敏(1982-),女,硕士研究生,主要研究方向:数字信号处理,E -mail:X iaomin829@163.co m 。

赖 敏 祝忠明 王绪本(成都理工大学信息工程学院,成都610059)[摘要]根据超宽带雷达目标特性建立了人体探测模型,并利用互补序列码编码的超宽带脉冲串信号对人体模型进行探测仿真。

通过对比编码信号与非编码信号的探测结果和不同信噪比下互补码的探测结果,得出经互补序列码编码的超宽带雷达脉冲信号具有很好的抗噪声能力,是超宽带搜救雷达发射脉冲串的理想编码方式。

[关键词]信号处理;超宽带雷达;互补序列码;探测[分类号]T N 958.3 [文献标识码]A随着雷达技术,电磁探测方法与技术的发展[1]。

超宽带(Ultra -Wideband,UWB)脉冲探测方法以探测的无损性、穿透能力强、分辨率高等优点受到广泛的关注。

由于超宽带雷达发射的是持续时间极短(纳秒级)的冲激脉冲信号,这些脉冲信号保证了超宽带雷达系统良好的距离分辨力。

本文提出脉冲编码的方式调制U WB 窄脉冲信号,希望编码方式能实现在保持子脉冲带宽的条件下,增加信号时长,提高信号探测能力,降低发射功率,保持信号探测的径向分辨率。

因为互补序列码具有理想的非周期自相关特性,长度为N 的互补序列码其非周期自相关函数的主旁瓣比可达到2N ,是相同位数巴克码主旁瓣比的2倍,是相同位数M 序列码的2N 倍。