一种采用较低采样率分析超宽带雷达信号的方法

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超宽带雷达自组网的数字波束扫描研究与实现

作者：张琳 陈峰

来源：《现代电子技术》2012年第05期

摘 要：概要介绍超宽带雷达自组网方式特点及布站方式，重点分析了超宽带信号时延控制形成波束扫描的实现方法，从而解决阵列延时带来的旁瓣以及低增益的问题。与传统相控阵雷达不同的是不再利用移相器，而是估计出各个阵列的时延并通过整数延迟线和FIR分数滤波器进行精确时延补偿，仿真结果表明,该方式波束方向指向性能好，没有旁瓣。

关键词：数字波束形成; 超宽带雷达; 扫描；

指向性

中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：

ad hoc network for ultra wideband radar

(1.Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210014, China； 2.Nanjing 28th

Institute, CETC, Nanjing 210014, China)

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Abstract：

The simple principle and characteristics of ad hoc network for ultra wideband radar are

introduced, the realization on digital beam forming scanning of ad hoc network for ultra wideband

radar is analyzed, the side lobe and the low gain caused by the array time delay can be solved.

Simulation results show that the method can gain a better performance of beam direction, and

第３２卷第６期　２０１０年６月　电子与信息学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｂｌ｜３２Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１０　

基于欠奈奎斯特采样的超宽带信号总体最小二乘重建算法　

杨峰　胡剑浩　李少谦　

（电子科技大学通信抗干扰技术国家重点实验室　成都６１００５４）　

摘要：该文针对超宽带无线通信中需要设计高速模数转换器的问题，提出了一种欠奈奎斯特采样方法，该方法所　要求的采样率仅与信号新息率相关，低于奈奎斯特率１个数量级。基于欠采样得到的离散时间超宽带信号，从理论　

上推导出信号的傅里叶频谱表达式，由此给出了一种总体最小二乘参数估计算法，能够准确地估计出冲激串信号的　

幅度和时移；通过将估计出的冲激串信号与高斯单脉冲波形卷积，完成超宽带信号的波形重建。仿真和实验结果表　

明，该文算法能够准确地重建原始超宽带信号，且算法性能优于现有的零化滤波重建算法。　

关键词：无线通信；超宽带；欠奈奎斯特采样；新息率；总体最ｄ＇－－乘；零化滤波　

中图分类号：ＴＮ９２　文献标识码：　Ａ　文章编号：１００９—５８９６（２０１０）０６—１４１８—０５　

ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１１４６．２００９．００８７９　

Ａ　Ｔｏｔａｌ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑｕａｒｅｓ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ＵＷＢ　

Ｓｉｇｎａｌｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｕｂ—Ｎｙｑｕｉｓｔ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ　

Ｙａｎｇ　Ｆｅｎｇ　Ｈｕ　Ｊｉａｎ－ｈａｏ　Ｌｉ　Ｓｈａｏ—ｑｉａｎ　

（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　０，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００５４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｓｕｂ—Ｎｙｑｕｉｓｔ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ＡＤＯ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｉｎ　ＵＷＢ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　ｏｎｅ　ｔｅｎｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎｙｑｕｉｓｔ　ｒａｔｅ　ｉｎ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　Ｓｈａｎｎｏｎ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｅｍ．Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＷＢ　ｓｉｇｎａｌｓ　ａｒｅ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｕｂ—Ｎｙｑｕｉｓｔ　ｓａｍｐｌｉｎｇ．Ｔｈｅｎ　Ｔｏｔａｌ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑｕａｒｅｓ（ＴＬＳ）　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔ０　ｅｓｔｉｍａｔｅ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｓｈｉｆｔｓ　ｏｆ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｏｆ　ＵＷＢ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｂｙ　ｃｏｎｖｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｗｉｔｈ　Ｇａｕｓｓｉａｎ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＵＷＢ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｕｔｐｅｒｆｏｒｍ　ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ｎｏｉｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ；Ｕｌｔｒａ－Ｗｉｄｅｂａｎｄ；Ｓｕｂ—Ｎｙｑｕｉｓｔ　ｓａｍｐｌｉｎｇ；Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；Ｔｏｔａｌ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑｕａｒｅｓ（ＴＬＳ）；Ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ　

一种基于多核DSP的穿墙雷达成像算法的并行实现

张晨华;欧阳缮;叶金才;马荣华;王鲁豫

【摘 要】为了解决超宽带穿墙雷达成像算法实现效率低的问题,提出一种基于多核DSP的并行实现方法.该方法根据超宽带雷达BP成像算法的特点,选用主从模式的任务架构对其进行任务规划,利用核间通信机制(IPC)实现8核之间的同步通信及任务处理,并设计以太网传输接口实现DSP与PC端的数据快速互通.实验结果表明,在保证成像质量的前提下,提高了成像实现的实时性.

【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》

【年(卷),期】2018(038)005

【总页数】6页(P345-350)

【关键词】多核DSP;穿墙雷达成像;核间通信;以太网接口

【作 者】张晨华;欧阳缮;叶金才;马荣华;王鲁豫

【作者单位】桂林电子科技大学 信息与通信学院 ,广西 桂林 541004;桂林电子科技大学 信息与通信学院 ,广西 桂林 541004;桂林电子科技大学 信息与通信学院 ,广西 桂林 541004;桂林电子科技大学 信息与通信学院 ,广西 桂林 541004;桂林电子科技大学 信息与通信学院 ,广西 桂林 541004

【正文语种】中 文

【中图分类】TN957.51

超宽带穿墙雷达技术由于具有良好的距离分辨率和穿透性，使其在军事、反恐、灾害救援等多种领域中发挥着巨大的作用。随着现代科技的不断提升和发展，对于隐藏目标进行高效、快速探测的迫切需要，超宽带穿墙雷达不仅需要获得清晰的图像显示，而且还要满足实时性的要求，因此超宽带雷达实时成像系统对软件算法和硬件平台都有着极高的要求。

穿墙成像雷达的特点是信号复杂度高、数据量巨大、处理实时性较难实现。就目前而言，硬件实现技术主要有现场可编程门阵列(field programmable gate array,简称FPGA)技术、专业ASIC(application specific integrated circuits)芯片技术、数字信号处理器(digital signal processing,简称为DSP)技术三大类。FPGA普遍用来实现数字电路模块，拥有丰富的逻辑资源、I/O资源，适用于框图式编程、任务比较固定或者重复的场合，在信号处理的场景下主要利用自身的优势用来负责接口控制，完成较低复杂度的算法，一般普遍用于雷达信号的采集部分[1-3]。专业ASIC芯片技术拥有较高的速度和尽可能小的面积以及完全满意的封装，但是其灵活较差，设计成本昂贵[4]。DSP相比较于其他的处理器具有速度快、体积小和功耗低的特点，主要用来多条件操作、处理复杂的算法和协议。选用TI公司的TMS320C6678多核DSP，基于KeyStone I架构的8核高性能、定点/浮点处理器，其中单核处理的最高频率为1.25 GHz[5]。此DSP拥有丰富的片上接口资源，这些外部接口资源均可以广泛应用于外设与处理器之间的通信。针对TMS320C6678的芯片特点以及含有的接口资源，设计实现了以太网通信，并且完成了穿墙雷达成像算法的实现。

《超宽带雷达在多环境下的呼吸与心跳监测方法》篇一

一、引言

随着科技的进步，非接触式生命体征监测技术逐渐成为研究热点。其中，超宽带（UWB）雷达技术在呼吸与心跳监测方面表现出独特的优势。本文将详细介绍超宽带雷达在多环境下的呼吸与心跳监测方法，分析其原理、应用及优势，以期为相关领域的研究与应用提供参考。

二、超宽带雷达技术原理

超宽带雷达技术利用脉冲无线电信号进行测距和定位。其工作原理是通过发射超短脉冲的无线电波，接收反射回来的信号，根据信号的传播时间、幅度、相位等信息，实现对目标的探测与识别。在呼吸与心跳监测方面，超宽带雷达通过捕捉人体微动引起的微小反射信号变化，从而实现对生命体征的监测。

三、多环境下呼吸与心跳监测方法

1. 室内环境下的监测方法

在室内环境下，超宽带雷达可实现对人体呼吸与心跳的实时监测。通过优化雷达信号处理算法，提高信噪比，从而更准确地捕捉人体微动信号。此外，结合多传感器融合技术，进一步提高监测的准确性和稳定性。

2. 室外环境下的监测方法 在室外环境下，由于环境因素较多，如风速、温度、湿度等，超宽带雷达需进行相应的调整以适应不同环境。通过调整雷达的工作频率、天线增益等参数，实现对不同环境下人体微动信号的有效捕捉。同时，结合动态阈值设置和滤波算法，降低环境噪声对监测结果的影响。

3. 特殊环境下的监测方法

在特殊环境下（如医院、矿井等），超宽带雷达需具备更强的抗干扰能力和适应性。通过采用先进的信号处理技术和算法优化，提高雷达在特殊环境下的性能表现。同时，结合人体生理学知识，对监测结果进行合理分析和解释，为医疗、安全等领域提供有力支持。

四、优势分析

超宽带雷达在多环境下呼吸与心跳监测方面具有以下优势：

1. 非接触式监测：避免了对人体的直接接触，减少了交叉感染的风险。

2. 适应性强：可在室内、室外及特殊环境下进行监测，应用范围广泛。

3. 准确性高：通过优化信号处理算法和多传感器融合技术，提高监测的准确性和稳定性。