微功率冲击雷达系统接收信号处理电路设计

摘要：系统接收信号处理电路设计是微功率冲击雷达技术实现的关键部分。设计了一种基于相关检测和距离窗的双门限检测的微功率冲激雷达接收系统电路，具体分析了接收信号处理电路的工作原理。通过仿真和试验，该接收系统电路可获得具有平坦的3 dB通频带幅频特性的带通、低通和高通滤波器和Q值大于5的50 Hz陷波器，达到理论设计要求，电路结构简单、成本低、性能好，在超宽带雷达技术中具有应用价值。
关键词：微功率冲击雷达；超宽带(UWB)；接收电路；滤波器设计

微功率冲击雷达是国际上近年来发展起来的一种新型高技术雷达，作为超宽带雷达类型的一种，冲激雷达直接发射无载波的基带极窄脉冲，与传统雷达不同的是冲激 雷达系统既不需要对发射信号进行载波调制，也不需要对接收信号进行载波解调，而是发射和接收无载波的极窄脉冲信号，并通过相应的信号处理电路，获得目标信 息。其突出的特点是功率小，寿命长，成本低，用途广。
一般脉冲雷达发射的信号是射频脉冲串，而冲激雷达的发射信号直接是冲激脉冲串。冲击雷达发射和接收超短脉冲来实现距离探测。雷达的距离分辨率正比于发射脉 冲宽度τ，即：距离分辨率d=τc／2，其中c为电磁波在空间的传播速度。通常，冲激雷达发射的是纳秒甚至皮秒量级的超短脉冲，所以，其距离分辨率可达几 到几十厘米。但雷达的穿透性能和高分辨率成像是一对矛盾。由于本文主要研究微功率冲激雷
达技术在穿墙生命探测方面的应用，偏重于对墙壁的穿透性能，故选择低频工作频段。微功率短程超宽带雷达可穿透6 m厚的砖墙，天线直径只有45 cm，发射机、接收机只有一部收音机大小。研究表明：在低频段，在1～10 GHz范围的电磁波在穿过混凝土墙壁时衰减很小，随着频率的降低，衰减也在减少。因此，低于10 GHz的频率适合对砖块和混凝土构筑的墙壁穿透探测，在此范围内频率越低穿透性能越好。

1 系统工作原理
微功率冲击雷达探测系统的结构框图如图1所示，此系统主要由脉冲发射机、接收机、信号处理电路和天线组成。
图1中，脉冲振荡器产生脉冲信号，一方面，此信号经过脉冲整形后作为触发脉冲，触发窄脉冲产生电路产生极窄脉冲，并通过宽带天线发射出去，被目标反射的回 波信号传送到接收采样电路；另一方面，脉冲振荡器产生的信号经过延时电路产生窄脉冲作为距离门对接收信号进行选择，接收取样输出的信号，经过积分电路对接 收信号进行积累，再经过放大电路和带通滤波电路检测微弱的目标回波信号，最后经过A／D采集卡送到计算机进行显示和处理，利用数字信号处理技术对探测雷达 波门进行控制。

2 系统硬件电路设计
系统接收信号处理电路设计是微功率冲击雷达接收机实现的基础。其结构框图如图2所示，主要由取样积分电路、可变延迟单元、带通滤波电路和放大滤波电路组成。

2．1 取样积分单元
积分取样电路将接收到的被目标反射的UWB微弱脉冲信号和经过延时后的参考脉冲信号进行相关检测，即取样积分，提高信噪比，然后经过带通 滤波电路和放大滤波电路实现对人体运动信息和生命特征信息的接收和检测。这里可变延迟电路为取样积分电路提供精确的同步参考脉冲信号，它的一个输入是发射 端脉冲信号，另一个输入由接收后端微控制单元的程序精确控制。