新型超宽带探地雷达数字采样接收机设计

基于探地雷达应用,结合等效时间采样技术和实时采样技术的优点,提出了一种新的超宽带等效数字采样技术。该采样技术不需要采用集成模数转换(A/D),而是通过对模拟信号进行1比特并行时间交替采样和均匀量化来实现模数转换的功能。基于该技术思想,利用一片现场可编程门阵列(FPGA)研制出具有等效4.096GHz采样率、7位精度模数转换功能的超带宽探地雷达数字采样接收机。电路结构紧凑,功耗低于1.5W.实测结果表明:该接收机的模拟带宽达500MHz,具有很低的量化噪声,能很好的重构输入信号。同时,该接收机具有很好的性能,能满足超宽带探地雷达的要求。     

基于等效采样的超宽带窄脉冲接收电路设计

超宽带探地雷达在无损检测系统中得到越来越广泛的应用，接收电路是整个无损检测技术的关键，采用顺序等效采样技术设计了一款新型的窄脉冲接收电路，该电路可以利用低速Ａ/Ｄ实现对高频信号的等效采样，利用ADS对该电路进行仿真，输入10ＭＨｚ重复频率的2ｎｓ 三角波信号，采样脉冲带有100ｐｓ的步进延时方波信号对输入信号进行采样，输入信号经过该电路后脉冲宽度降低为2μｓ，频率降低了1000倍，实测结果显示该电路可以实现对输入信号的等效采样，输出信号频率降低了 200倍。     

脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

深入分析探地雷达工作原理以及雷达回波信号的特点,采用基于等效时间取样技术实现探地雷达回波信号的数据采集：采用高精度的数字可编程延时器产生稳定的步进时钟,作为时序步进采样的同步信号,同时采用“PC机＋单片机＋CPLD”以实现对数据采集、存储和传输的时钟控制。较之以前采用模拟电路技术产生步进采样脉冲,有电路简单、精度高、稳定性好和实时性强等优点。将标准的正弦波通过该采集电路,经处理得到恢复的波形,通过波形对比的方式来验证该设计的性能,从而定性的可以看出该设计能良好的恢复原来的信号,满足设计要求。     

脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

深入分析探地雷达工作原理以及雷达回波信号的特点,采用基于等效时间取样技术实现探地雷达回波信号的数据采集:采用高精度的数字可编程延时器产生稳定的步进时钟,作为时序步进采样的同步信号,同时采用"PC机+单片机+CPLD"以实现对数据采集、存储和传输的时钟控制.较之以前采用模拟电路技术产生步进采样脉冲,有电路简单、精度高、稳定性好和实时性强等优点.将标准的正弦波通过该采集电路,经处理得到恢复的波形,通过波形对比的方式来验证该设计的性能,从而定性的可以看出该设计能良好的恢复原来的信号,满足设计要求.     

一种超宽带等效采样接收机的设计与实现

脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,通常采用等效时间采样方法来进行模数转换。传统的等效采样接收机大都是基于改变ADC采样时钟的时延来实现等效采样,采样时钟对触发信号会产生亚稳态时序,不可避免地会出现数据误对齐,必须添加辅助的在线或离线校正设计。针对这一问题,设计了一种基于FPGA内置延迟线的超宽带等效采样接收机,FPGA产生延时可调的发射触发信号去控制波形产生系统,基于高速采样保持器和ADC完成回波接收,实现了超宽带射频信号的等效采样,而无数据误对齐问题。接收机的等效采样速率为12.8GS/s,-3dB采样带宽为6.4GHz,满足脉冲超宽带雷达的应用需求。     

高分辨率探地雷达步进系统的研究与实现

基于对探地雷达回波信号的分析,提出了等效时间取样的探地雷达系统的设计方法.并分析了天线中心频率、分辨率和取样间隔的关系,构建了一种步进时间达到1.25×10-2ns的步进系统,实现了高分辨率的探测.最后,采用研制的探地雷达实验系统进行了实际探测实验,探测结果表明,等效时间取样技术对该系统是有效的,且步进系统的稳定性是较高的.     

基于随机等效采样的高速数据采集系统的设计

随机等效采样实际上是以触发点为时间参考基准对周期快变信号进行采样、存储和重构的技术。随机等效采样的关键在于精确测量触发点与下一个采样时钟间的时间间隔，以及通过等效采样算法确定各次采样数据在信号重建的位置，本文给出了这个时间间隔的测量电路和随机等效算法模型。     

基于FPGA的等效时间采样

等效时间采样技术实现了用低速模数转换器件对周期性宽带模拟信号的高速采集,降低了系统对ADC器件的速度要求,进而降低了系统实现的复杂度。在这里介绍了等效时间采样的原理和方法并提出了一种基于FPGA的等效时间采样方法。这种方法在被采集周期性宽带模拟信号的一个周期中可以实现等效时间采样的变频采样。     

基于等效和实时采样的数字示波器设计

基于数字示波器的基本原理,以单片机和FPGA组成的最小系统为控制核心,实现了普通示波器对被测信号的采样、存储与回放,并且增加了等效采样和采样保持功能,极大地提高了系统的测量范围。该系统具有实时采样和等效采样两种方式,以不大于1Ms／s的A／D转换实现200MS／s的等效采样率对输入1Hz-10MHz,yp-p为2mV-8V的信号进行采样处理,并能进行单次触发,自动和存储／输出波形。     

随机等效采样系统设计及其关键技术点分析

本文采用随机等效采样方法,实现实时40MHz等效4GHz的采样速率.系统在可编程逻辑器件CPLD的时序控制下有序工作,DSP完成数据处理,处理结果通过USB总线送往主机.前端信号调理电路的设计、双斜率时间展宽电路的设计、等效排序算法的设计是设计的关键点所在.     

基于数字滤波的低频随机信号实时功率谱分析仪的实现

对于非平稳随机信号的功率谱分析,采用自相关函数傅里叶变换和直接傅里叶变换分析时,由于存在数据截断,二者从概念上都不能很好地反映随机信号的功率谱.采用参数谱估计方法,则不能实现等百分比带宽分析.对于噪声和结构振动等信号,需要进行等百分比带宽分析.采用滤波法进行功率谱分析,不存在数据截断带来的误差,还可方便地用于等百分比带宽的谱分析.利用数字滤波器可以实现时分和频分复用的特点,结合重抽样技术来实现整个频率轴上的实时功率谱分析.上述算法可以通过高速数字信号处理器(DSP)芯片实时地完成.文中介绍了基于数字滤波的低频随机信号实时功率谱分析仪的实现方法,并给出了实时算法的设计要点.     

脉冲探地雷达小型化控制与采集系统设计

根据脉冲探地雷达低成本、高精度和小型化的要求,研制了一种基于微控制器的超宽带(UWB)探地雷达信号控制与数据采集系统。文中分析了延时式等效时间采样原理,阐述了系统总体结构,描述了触发脉冲生成电路和回波数据采集通道的工作原理和设计方法,给出了底层固件的开发流程以及系统软件功能。研制的高集成度嵌入式控制与采集系统,降低了探地雷达系统整体成本,提高了系统的实时性和可靠性。     

基于DFT滤波器组的宽带信号谱分析方法

本文利用DFT滤波器组、ZFFT,提出了一种宽带信号的实时谱分析方法。有效地解决了宽带信号高分辨率 谱分析要求的大运算量与实时性之间的矛盾。理论分析与计算机仿真表明该算法切实可行、有效并且易于实现。     

一种改进的跳频信号参数估计方法

针对在跳频信号跳变时刻和跳变频率估计方面实时性和估计精度无法同时兼顾的问题,提出了一种基于短时傅立叶变换(STFT)和多重信号分类(MUSIC)算法的跳频信号参数估计方法。在建立跳频信号数学模型的基础上,利用STFT选取较大时间窗对整个信号在时域进行粗搜索,生成时频谱图,提取时频脊线从而获得跳变时刻,然后选取较小时间窗在已知跳变时间段利用STFT进行跳变时刻的细估计,并利用MUSIC算法进行频率的精确估计。该方法利用STFT的二次估计,减少了MUSIC搜索范围,从而降低了时间开销。仿真表明该算法的跳变时刻频率估计精度高,实时性能满足参数测量需求。     

基于几何绕射模型的多频带信号融合新方法

多频带雷达信号融合处理利用从不同频段获取的目标在一维谱域呈稀疏分布的雷达观测数据,通过信号级相干融合来提高目标散射中心参数估计精度和一维距离像的分辨能力。传统谱估计类融合方法的性能都受限于模型阶数估计。而多频带的稀疏分布,破坏了观测系统矩阵的互相干性度量,从而使得基追踪（基于l1范数的稀疏表示）方法的全局最优解可能并不等于信号的真实稀疏表示。本文在GTD散射模型的基础上,提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的融合方法,既避免了阶数估计,又克服了基追踪方法的缺陷。实验结果也表明了此方法的优越性。      

Rejection of frequency sweeping signal in DS spread spectrumsystems using complex adaptive filters

It is already known that the performance of narrowband interference adaptive filtering in DS spread spectrum systems is additionally degraded in the presence of a frequency hopped jamming signal compared to the case with CW interference. Even so, the adaptive filter can be rather efficient because during the hopping interval, while the jamming signal parameters are constant, the filter adjusts its weights; and if the hopping rate is not too high, there are time periods when the interfering signal is suppressed. In order to have a better insight into the performance of these systems, we analyze the DS spread spectrum receiver behavior, when the jamming signal frequency is continuously changing (chirp signal). We find that this is a reasonable step for a jammer that is trying to be more efficient. In such a case, a two-sided filter structure shows worse overall performance than a prediction error structure. As the jamming frequency sweeping rate or bandwidth is increased, the system performance is degraded. The analysis provides an insight into how much the system performance will be degraded as a function of the interfering (frequency sweeping) signal parameters     

基于谱估计的噪声调频信号检测方法研究

对干扰信号的频谱特征进行精确测量和分析是实施有效的电子反干扰(ECCM)的重要步骤.通过对噪声调频干扰信号的频谱特征分析,提出采用合适的功率谱估计方法来检测噪声调频信号的主要频谱特征参数.利用MATLAB/Simulink仿真软件分别建立了噪声调频信号源和谱估计方法的系统模型,研究了系统采用不同的谱估计方法和参数设置的情况下所能够达到的检测精度,并根据仿真结果分析比较了不同谱估计方法的性能.     

一种基于多相滤波的高速信号处理算法

在多速率信号处理中,常采用多相滤波结构以有效地降低系统的运算量,提高系统信号处理的实时性。如果采用内插系统的多相滤波结构,在实现过程中受系统时钟频率的约束,将无法实现采样率超过时钟频率的高速率信号的传输。提出了一种基于多相滤波结构的新型高速信号处理算法,对高速信号进行多级多相滤波,从而将信号进行多相分解,采用多通道传输;利用多路低采样率信号得到高采样率的输出信号,并在接收端进行信号合成。具有运算量小、消耗资源少、便于实现等优点,并通过公式推导及仿真结果验证了其正确性,解决了高速率信号受系统时钟频率限制难以实现的问题。     

基于小波变换的信号滤波在探地雷达中的应用

利用小波变换的时频局域性,提出了一种探地雷达信号处理的滤波方法.在连续小波变换的基础上,同时联合尺度和频率,通过能量分析确定回波信号主要分量所在区间,通过尺度分解和频域滤波剔除干扰分量,在此基础上重构信号,提高了信噪比.并针对不同连续小波基对信号处理的性能进行分析,对比结果表明与雷达发射母波相似的小波基在探地雷达信号处理中更有效.     

频率调制光谱稳频法的信号处理算法研究

频率调制光谱稳频法利用参考气体对激光吸收量来反馈控制激光波长稳定,反馈信号的提取通过调节参考信号与吸收分量同相的方式实现.为免除移相的麻烦,提出利用吸收分量和色散分量的合成信号作为反馈信号,通过仿真证明可以利用合成信号作为反馈信号.该合成信号的提取利用两正交参考信号与合成信号耦合的方式实现,该方式方便了信号的提取,免除了调相的麻烦.最后还提出一种判定激光波长偏移的方法.