超宽带雷达应用与设计
目 录
第1章 超宽带雷达应用与设计导论
1.1 引言和目的
1.1.1 超宽带雷达的概念
1.1.2 编者目的
1.2 超宽带雷达的起源
1.2.1 我与超宽带雷达的渊源
1.2.2 带宽和雷达距离分辨率
1.2.3 早期超宽带雷达演示计划
1.3 超宽带雷达资源
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第1章 超宽带雷达应用与设计导论
1.1 引言和目的
1.1.1 超宽带雷达的概念
1.1.2 编者目的
1.2 超宽带雷达的起源
1.2.1 我与超宽带雷达的渊源
1.2.2 带宽和雷达距离分辨率
1.2.3 早期超宽带雷达演示计划
1.3 超宽带雷达资源
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James D. Taylor ：IEEE超宽带雷达委员会主席。他于1963年获得弗吉尼亚军事学院获得电气工程学士学位。毕业之后，立即进入美国陆军服役，担任一名防空炮兵军官。他于1968年被调入美国空军，担任一名电子研究和开发工程师。1977年获得俄亥俄州怀特-帕特森空军基地美国空军技术学院控制理论硕士学位。他在美国空军航电实验室作为一名主管工程师的经历，让他接触到*的电子学概念和军事需求。他后被任命为马萨诸塞州汉考斯空军基地美国空军电子系统部的一名远程技术规划主管，负责研究远程巡航导弹探测方案，并涉足超宽带雷达领域。1991年退役之后，他开始提供超宽带雷达咨询服务。
本书编者为IEEE超宽带雷达委员会主席。 全书汇集了多位作者的精辟文章，对超宽带雷达系统的特点和优势、发展历程、工作原理进行了简要介绍，针对超宽带雷达的多种应用领域（如医学、安全、工业、建造业和地理物理应用）进行了详尽阐述，并注重介绍超宽带雷达各项技术的*进展和潜在方向（如考古、取证和运输管理等）。
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第1章 超宽带雷达应用与设计导论
1.1 引言和目的
1.1.1 超宽带雷达的概念
1.1.2 编者目的
1.2 超宽带雷达的起源
1.2.1 我与超宽带雷达的渊源
1.2.2 带宽和雷达距离分辨率
1.2.3 早期超宽带雷达演示计划
1.3 超宽带雷达资源
1.4 超宽带雷达的定义和条例
1.4.1 超宽带雷达的早期历史
1.4.2 超宽带雷达的标准定义
1.4.3 带宽名称与定义
1.5 超宽带雷达的时域和频域分析
1.6 非正弦信号传播
1.6.1 背景
1.6.2 收发过程高斯脉冲转换样例
1.6.3 高斯脉冲信号传播的结论
1.7 超宽带雷达： 未来趋势与应用
1.7.1 开放空间测量和监视
1.7.2 材料穿透遥感应用
1.7.3 医学测量和成像
1.7.4 安保
1.7.5 军事遥感应用
1.8 超宽带雷达发展的未来方向
1.8.1 超宽带天线阵列几何结构优化
1.8.2 天线阵列信号同步
1.8.3 接收机信噪比改进
1.8.4 多基达
1.8.5 目标成像和识别的高阶信号处理
1.9 未来超宽带雷达的架构
1.10小结
参考文献
第2章 超宽带通信系统和雷达系统的发展
2.1 引言
2.2 超宽带通信的概念
2.3 超宽带无线电通信系统的发展历史
2.4 超宽带无线电通信系统的主要组成
2.4.1 脉冲串的产生和发射
2.4.2 脉冲调制
2.4.3 脉冲检测和接收
2.4.4 超宽带天线的效率
2.5 超宽带信号的检测和放大
2.5.1 Tektronix公司的系统
2.5.2 Harmuth的系统
2.5.3 Ross和Robbins的系统
2.6 超宽带发射信号的相干测试技术难点
2.7 超宽带发展的总体概述
2.7.1 干扰问题
2.7.2 超宽带通信系统的信道容量
2.7.3 超宽带发射机
2.7.4 超宽带辐射测量
2.8 超宽带雷达传感器
2.8.1 概述
2.8.2 目标的超宽带响应特性
2.8.3 雷达和传感器
2.8.4 超宽带接收机
2.8.5 能够穿墙、 穿透地面和植被的雷达
2.8.6 俄罗斯的超宽带雷达系统
2.9 高阶信号处理
2.9.1 奇点展开法
2.9.2 白噪声分析法
2.9.3 高分辨率目标识别的时频分析法
2.9.4 高分辨率目标检测的时频分析法
2.10小结
致谢
参考文献
第3章 超宽带系统波形变换： 起因和影响
3.1 引言
3.1.1 窄带和超宽带信号
3.1.2 信号波形、 带宽和传播影响
3.2 辐射过程中UWB信号波形变化
3.2.1 UWB辐射分析： 简介和背景
3.2.2 天线如何辐射UWB信号
3.2.3 UWB天线远场辐射影响
3.3 UWB天线的辐射图
3.3.1 辐射波形如何随着感测角变化
3.3.2 时域辐射的UWB域
3.4 确定在接收和产生天线接收方向图过程中UWB信号波形的变化
3.4.1 UWB脉冲波形如何随观测角变化
3.4.2 UWB天线方向性
3.5 UWB天线接收和发射方向图以及可逆性原理
3.6 UWB信号检测中的特殊问题
3.7 利用UWB信号的目标RCS测量
3.8 UWB雷达距离方程： UWB雷达应用的局限性和特点
3.9 实际应用的近程超宽带雷达设计
3.9.1 用于病人心跳和呼吸频率24小时监测的超宽带雷达
3.9.2 用于人体生理遥测的超宽带雷达
3.9.3 用于穿墙探测人员的超宽带雷达
3.10小结
致谢
参考文献
第4章 美国及欧洲国家对于超宽带系统的有关规定
4.1 简介
4.1.1 背景
4.1.2 本章目标
4.1.3 警告
4.2 美国关于超宽带设备的一些规定
4.2.1 美国超宽带规定的来源
4.2.2 U.S.C.第47条对超宽带设备的限制
4.3 欧盟颁布的有关超宽带的条例
4.3.1 简介
4.3.2 欧盟条例的历史
4.3.3 欧盟与超宽带相关条例的节选内容
参考文献
第5章 穿透材料超宽带系统的原理
5.1 引言
5.2 MPR的应用
5.3 MPR系统架构和操作
5.4 MPR系统设计
5.5 固体媒介中的电磁波传播
5.5.1 媒介特性
5.5.2 MPR信号传播
5.5.3 发射媒介特性和MPR设计
5.6 MPR成像
5.7 小结
参考文献
第6章 超宽带与随机信号雷达
6.1 随机信号雷达介绍
6.1.1 随机信号雷达概述
6.1.2 随机信号雷达的历史
6.1.3 随机信号雷达的实施架构
6.1.4 随机信号雷达处理方案
6.2 超宽带与随机信号雷达的联合
6.2.1 随机信号的产生
6.2.2 超宽带载波调制随机信号雷达
6.2.3 超宽带无载波随机编码脉冲雷达
6.3 超宽带随机信号雷达的优势
6.3.1 抗射频干扰能力
6.3.2 低截获概率
6.3.3 电磁兼容性
6.4 超宽带随机信号雷达的应用
6.4.1 埋藏物的探测
6.4.2 短距离SAR成像
6.4.3 结构变化的远程监视
6.4.4 随机信号雷达的未来可能应用
参考文献
第7章 地面介电常数自动测量与使用含局部对象响应的GPR图像的目标位置自动探测
7.1 引言
7.2 电容率测量
7.3 Hough变换用于双曲线检测
7.3.1 二元成像
7.3.2 GPR信号的Hough变换
7.3.3 加速Hough变换计算
7.4 Hough空间对电容率误差的依赖性
7.5 计算电容率的算法
7.6 Hough变换方法的结论
7.7 自动目标探测方法的性能数值评估
7.8 目标探测方法的度量标准
7.9 模拟GPR图像中的目标探测
7.10试验GPR图像中的目标探测
7.11小结
参考文献
第8章 均匀半空间附近目标的UWB后向散射
8.1 引言
8.2 具有地参数的分层半空间内的超宽带信号散射
8.2.1 对象
8.2.2 问题求解方法
8.2.3 数值计算结果
8.3 双基地情况下完全导电目标的脉冲特性
8.3.1 问题解决方法
8.3.2 椭圆体脉冲特性
8.3.3 双基地情况下飞机模型的瞬态响应计算
8.4 位于均匀半空间附近的完全导电体所散射的脉冲信号
8.4.1 问题的公式与主要计算关系
8.4.2 数值结果
参考文献
第9章 超宽带雷达的医学应用
9.1 引言
9.1.1 超宽带雷达医学成像的潜力与好处
9.1.2 章节回顾
9.2 电磁波与人体组织
9.2.1 简介
9.2.2 空军研究实验室Gabriel组织特性数据库
9.2.3 生物组织的反射性
9.3 采用UWB雷达进行心率和呼吸率测量
9.3.1 遥控PMR
9.3.2 生命征兆监测器
9.4 用于胸腔和颅内创伤诊断的UWB雷达
9.4.1 背景
9.4.2 用于气胸检测的UWB雷达
9.4.3 雷达对颅内出血的检测
9.4.4 出血性中风的检测
9.4.5 小结
9.5 用于肿瘤检测的UWB雷达
9.5.1 组织对比度和UWB雷达肿瘤检测
9.5.2 雷达的肿瘤检测方法
9.5.3 用于医学诊断的微波成像
9.5.4 医学微波断层扫描
9.5.5 UWB雷达成像和断层扫描技术的未来发展方向
9.6 UWB雷达医学应用小结
致谢
参考文献
第10章 大电流辐射器： 问题、 分析和设计
10.1 引言
10.2 LCR天线的基本原理
10.3 LCR驱动信号发生器的设计
10.3.1 含双极型晶体管的开关
10.3.2 电子雪崩晶体管开关
10.3.3 用S二极管作为开关
10.3.4 硅场效应晶体管开关
10.3.5 GaAs FET开关
10.3.6 微波电路开关
10.3.7 LCR激励小结
10.4 辐射UWB脉冲电磁场的天线设计
10.4.1 UWB LCR天线尺寸
10.4.2 LCR天线近场和远场特性
10.4.3 返回环路屏蔽是如何影响LCR辐射的
10.4.4 如何降低辐射器感应
10.4.5 多单元LCR辐射器的设计
10.4.6 如何控制LCR辐射的脉冲持续时间
10.5 小结
10.6 致谢
参考文献第11章 Novelda纳米脉冲雷达
11.1 引言
11.2 Novelda脉冲雷达概述
11.3 Novelda纳米脉冲雷达CTBV信号获取系统
11.3.1 通过CTBV编码获取信号
11.4 Novelda雷达通过脉冲重复频率参差的扩大不模糊
11.5 Novelda雷达——高速和低功耗创新
11.6 Novelda雷达——流水线式数据输出
11.7 Novelda雷达开发套件
11.8 Novelda雷达天线
11.9 小结
致谢
参考文献第12章 材料穿透UWB雷达成像的原理和方法
12.1 引言
12.2 工作和设计原理
12.2.1 基于材料工作环境的分类
12.2.2 材料穿透雷达的主要性能指标
12.2.3 系统级设计的限制和权衡
12.3 实施方法
12.3.1 支持宽带工作的方法
12.3.2 雷达目标特征测量
12.3.3 天线工作条件
12.4 雷达成像方法
12.4.1 信号处理技术
12.4.2 雷达图像显示技术
12.4.3 图像判读
12.5 SAR成像方案
12.5.1 天线在远场条件工作的UWB SAR
12.5.2 用于探测植被中物体的前视UWB SAR
12.5.3 用于探测的侧视UWB SAR
12.6 逆SAR成像方案
12.6.1 采用穿墙ISAR技术跟踪动目标
12.6.2 用于旋转动目标高分辨成像的ISAR
12
^ 收 起
第1章 超宽带雷达应用与设计导论
1.1 引言和目的
1.1.1 超宽带雷达的概念
1.1.2 编者目的
1.2 超宽带雷达的起源
1.2.1 我与超宽带雷达的渊源
1.2.2 带宽和雷达距离分辨率
1.2.3 早期超宽带雷达演示计划
1.3 超宽带雷达资源
1.4 超宽带雷达的定义和条例
1.4.1 超宽带雷达的早期历史
1.4.2 超宽带雷达的标准定义
1.4.3 带宽名称与定义
1.5 超宽带雷达的时域和频域分析
1.6 非正弦信号传播
1.6.1 背景
1.6.2 收发过程高斯脉冲转换样例
1.6.3 高斯脉冲信号传播的结论
1.7 超宽带雷达： 未来趋势与应用
1.7.1 开放空间测量和监视
1.7.2 材料穿透遥感应用
1.7.3 医学测量和成像
1.7.4 安保
1.7.5 军事遥感应用
1.8 超宽带雷达发展的未来方向
1.8.1 超宽带天线阵列几何结构优化
1.8.2 天线阵列信号同步
1.8.3 接收机信噪比改进
1.8.4 多基达
1.8.5 目标成像和识别的高阶信号处理
1.9 未来超宽带雷达的架构
1.10小结
参考文献
第2章 超宽带通信系统和雷达系统的发展
2.1 引言
2.2 超宽带通信的概念
2.3 超宽带无线电通信系统的发展历史
2.4 超宽带无线电通信系统的主要组成
2.4.1 脉冲串的产生和发射
2.4.2 脉冲调制
2.4.3 脉冲检测和接收
2.4.4 超宽带天线的效率
2.5 超宽带信号的检测和放大
2.5.1 Tektronix公司的系统
2.5.2 Harmuth的系统
2.5.3 Ross和Robbins的系统
2.6 超宽带发射信号的相干测试技术难点
2.7 超宽带发展的总体概述
2.7.1 干扰问题
2.7.2 超宽带通信系统的信道容量
2.7.3 超宽带发射机
2.7.4 超宽带辐射测量
2.8 超宽带雷达传感器
2.8.1 概述
2.8.2 目标的超宽带响应特性
2.8.3 雷达和传感器
2.8.4 超宽带接收机
2.8.5 能够穿墙、 穿透地面和植被的雷达
2.8.6 俄罗斯的超宽带雷达系统
2.9 高阶信号处理
2.9.1 奇点展开法
2.9.2 白噪声分析法
2.9.3 高分辨率目标识别的时频分析法
2.9.4 高分辨率目标检测的时频分析法
2.10小结
致谢
参考文献
第3章 超宽带系统波形变换： 起因和影响
3.1 引言
3.1.1 窄带和超宽带信号
3.1.2 信号波形、 带宽和传播影响
3.2 辐射过程中UWB信号波形变化
3.2.1 UWB辐射分析： 简介和背景
3.2.2 天线如何辐射UWB信号
3.2.3 UWB天线远场辐射影响
3.3 UWB天线的辐射图
3.3.1 辐射波形如何随着感测角变化
3.3.2 时域辐射的UWB域
3.4 确定在接收和产生天线接收方向图过程中UWB信号波形的变化
3.4.1 UWB脉冲波形如何随观测角变化
3.4.2 UWB天线方向性
3.5 UWB天线接收和发射方向图以及可逆性原理
3.6 UWB信号检测中的特殊问题
3.7 利用UWB信号的目标RCS测量
3.8 UWB雷达距离方程： UWB雷达应用的局限性和特点
3.9 实际应用的近程超宽带雷达设计
3.9.1 用于病人心跳和呼吸频率24小时监测的超宽带雷达
3.9.2 用于人体生理遥测的超宽带雷达
3.9.3 用于穿墙探测人员的超宽带雷达
3.10小结
致谢
参考文献
第4章 美国及欧洲国家对于超宽带系统的有关规定
4.1 简介
4.1.1 背景
4.1.2 本章目标
4.1.3 警告
4.2 美国关于超宽带设备的一些规定
4.2.1 美国超宽带规定的来源
4.2.2 U.S.C.第47条对超宽带设备的限制
4.3 欧盟颁布的有关超宽带的条例
4.3.1 简介
4.3.2 欧盟条例的历史
4.3.3 欧盟与超宽带相关条例的节选内容
参考文献
第5章 穿透材料超宽带系统的原理
5.1 引言
5.2 MPR的应用
5.3 MPR系统架构和操作
5.4 MPR系统设计
5.5 固体媒介中的电磁波传播
5.5.1 媒介特性
5.5.2 MPR信号传播
5.5.3 发射媒介特性和MPR设计
5.6 MPR成像
5.7 小结
参考文献
第6章 超宽带与随机信号雷达
6.1 随机信号雷达介绍
6.1.1 随机信号雷达概述
6.1.2 随机信号雷达的历史
6.1.3 随机信号雷达的实施架构
6.1.4 随机信号雷达处理方案
6.2 超宽带与随机信号雷达的联合
6.2.1 随机信号的产生
6.2.2 超宽带载波调制随机信号雷达
6.2.3 超宽带无载波随机编码脉冲雷达
6.3 超宽带随机信号雷达的优势
6.3.1 抗射频干扰能力
6.3.2 低截获概率
6.3.3 电磁兼容性
6.4 超宽带随机信号雷达的应用
6.4.1 埋藏物的探测
6.4.2 短距离SAR成像
6.4.3 结构变化的远程监视
6.4.4 随机信号雷达的未来可能应用
参考文献
第7章 地面介电常数自动测量与使用含局部对象响应的GPR图像的目标位置自动探测
7.1 引言
7.2 电容率测量
7.3 Hough变换用于双曲线检测
7.3.1 二元成像
7.3.2 GPR信号的Hough变换
7.3.3 加速Hough变换计算
7.4 Hough空间对电容率误差的依赖性
7.5 计算电容率的算法
7.6 Hough变换方法的结论
7.7 自动目标探测方法的性能数值评估
7.8 目标探测方法的度量标准
7.9 模拟GPR图像中的目标探测
7.10试验GPR图像中的目标探测
7.11小结
参考文献
第8章 均匀半空间附近目标的UWB后向散射
8.1 引言
8.2 具有地参数的分层半空间内的超宽带信号散射
8.2.1 对象
8.2.2 问题求解方法
8.2.3 数值计算结果
8.3 双基地情况下完全导电目标的脉冲特性
8.3.1 问题解决方法
8.3.2 椭圆体脉冲特性
8.3.3 双基地情况下飞机模型的瞬态响应计算
8.4 位于均匀半空间附近的完全导电体所散射的脉冲信号
8.4.1 问题的公式与主要计算关系
8.4.2 数值结果
参考文献
第9章 超宽带雷达的医学应用
9.1 引言
9.1.1 超宽带雷达医学成像的潜力与好处
9.1.2 章节回顾
9.2 电磁波与人体组织
9.2.1 简介
9.2.2 空军研究实验室Gabriel组织特性数据库
9.2.3 生物组织的反射性
9.3 采用UWB雷达进行心率和呼吸率测量
9.3.1 遥控PMR
9.3.2 生命征兆监测器
9.4 用于胸腔和颅内创伤诊断的UWB雷达
9.4.1 背景
9.4.2 用于气胸检测的UWB雷达
9.4.3 雷达对颅内出血的检测
9.4.4 出血性中风的检测
9.4.5 小结
9.5 用于肿瘤检测的UWB雷达
9.5.1 组织对比度和UWB雷达肿瘤检测
9.5.2 雷达的肿瘤检测方法
9.5.3 用于医学诊断的微波成像
9.5.4 医学微波断层扫描
9.5.5 UWB雷达成像和断层扫描技术的未来发展方向
9.6 UWB雷达医学应用小结
致谢
参考文献
第10章 大电流辐射器： 问题、 分析和设计
10.1 引言
10.2 LCR天线的基本原理
10.3 LCR驱动信号发生器的设计
10.3.1 含双极型晶体管的开关
10.3.2 电子雪崩晶体管开关
10.3.3 用S二极管作为开关
10.3.4 硅场效应晶体管开关
10.3.5 GaAs FET开关
10.3.6 微波电路开关
10.3.7 LCR激励小结
10.4 辐射UWB脉冲电磁场的天线设计
10.4.1 UWB LCR天线尺寸
10.4.2 LCR天线近场和远场特性
10.4.3 返回环路屏蔽是如何影响LCR辐射的
10.4.4 如何降低辐射器感应
10.4.5 多单元LCR辐射器的设计
10.4.6 如何控制LCR辐射的脉冲持续时间
10.5 小结
10.6 致谢
参考文献第11章 Novelda纳米脉冲雷达
11.1 引言
11.2 Novelda脉冲雷达概述
11.3 Novelda纳米脉冲雷达CTBV信号获取系统
11.3.1 通过CTBV编码获取信号
11.4 Novelda雷达通过脉冲重复频率参差的扩大不模糊
11.5 Novelda雷达——高速和低功耗创新
11.6 Novelda雷达——流水线式数据输出
11.7 Novelda雷达开发套件
11.8 Novelda雷达天线
11.9 小结
致谢
参考文献第12章 材料穿透UWB雷达成像的原理和方法
12.1 引言
12.2 工作和设计原理
12.2.1 基于材料工作环境的分类
12.2.2 材料穿透雷达的主要性能指标
12.2.3 系统级设计的限制和权衡
12.3 实施方法
12.3.1 支持宽带工作的方法
12.3.2 雷达目标特征测量
12.3.3 天线工作条件
12.4 雷达成像方法
12.4.1 信号处理技术
12.4.2 雷达图像显示技术
12.4.3 图像判读
12.5 SAR成像方案
12.5.1 天线在远场条件工作的UWB SAR
12.5.2 用于探测植被中物体的前视UWB SAR
12.5.3 用于探测的侧视UWB SAR
12.6 逆SAR成像方案
12.6.1 采用穿墙ISAR技术跟踪动目标
12.6.2 用于旋转动目标高分辨成像的ISAR
12
^ 收 起
James D. Taylor ：IEEE超宽带雷达委员会主席。他于1963年获得弗吉尼亚军事学院获得电气工程学士学位。毕业之后，立即进入美国陆军服役，担任一名防空炮兵军官。他于1968年被调入美国空军，担任一名电子研究和开发工程师。1977年获得俄亥俄州怀特-帕特森空军基地美国空军技术学院控制理论硕士学位。他在美国空军航电实验室作为一名主管工程师的经历，让他接触到*的电子学概念和军事需求。他后被任命为马萨诸塞州汉考斯空军基地美国空军电子系统部的一名远程技术规划主管，负责研究远程巡航导弹探测方案，并涉足超宽带雷达领域。1991年退役之后，他开始提供超宽带雷达咨询服务。
本书编者为IEEE超宽带雷达委员会主席。 全书汇集了多位作者的精辟文章，对超宽带雷达系统的特点和优势、发展历程、工作原理进行了简要介绍，针对超宽带雷达的多种应用领域（如医学、安全、工业、建造业和地理物理应用）进行了详尽阐述，并注重介绍超宽带雷达各项技术的*进展和潜在方向（如考古、取证和运输管理等）。
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