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时域雷达准实时采集系统的设计与研制

时域雷达准实时采集系统的设计与研制

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作者：刘涛电子科技大学

学位级别：硕士

时域雷达是一种重要的探测手段,具有宽频谱、低功率谱密度、高峰值功率的特点,使得它的探测分辨率和距离相比普通的频域雷达有天然的优势,在接收雷达信号的时候需要将高速模拟的雷达信号转为低速的数字信号,其采集系统的研究对时域雷达... 详细信息

时域雷达是一种重要的探测手段,具有宽频谱、低功率谱密度、高峰值功率的特点,使得它的探测分辨率和距离相比普通的频域雷达有天然的优势,在接收雷达信号的时候需要将高速模拟的雷达信号转为低速的数字信号,其采集系统的研究对时域雷达的发展是很有意义的。本文从时域雷达接收机的发展状况出发,分析了在时域雷达系统中常用的各种信号,综合考虑了几种采样方法并且给出了详细的分析过程,探讨了不同的采样保持结构和运算放大电路,计算了采样脉冲电路核心元器件的参数,给出了产生信号延迟的方法。本文使用了四管平衡门电路作为采样门电路,对称式的设计要求采样脉冲为一对幅度相同极性相反的信号,由于积分放大器主要用于波形变换或者积分补偿,因此选择比例运算放大电路来放大采样信号,保持电路以RC电路为基础,用以展宽采样信号。在产生采样脉冲时,考虑Marx电路能够输出极窄脉冲信号的特点,采用了6级Marx电路并且加入锐化电容,使得采样脉冲的半峰值宽度达到300 ps,并且用巴伦电路将单极信号变为对称的双极信号。在设计采样方法时,对比实时采样和等效采样,选择了动态的准实时采样方法,采用对采样脉冲的相位进行调整的方法从而避免对时钟信号改变引起的时序紊乱,采用FPGA内部的计数器以及IODELAY模块,可以对采样脉冲信号实现精度100 ps,范围0-10.5 ms的延迟调节,采样率可以达到10 Gsps。设计完成后将各个模块组合测试,对单极高斯脉冲进行接收测试,可以比较准确地还原出信号。

关键词：时域雷达采样保持 Marx 动态采样

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时域雷达目标检测算法研究

时域雷达目标检测算法研究

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作者：康润电子科技大学

学位级别：硕士

时域雷达具有穿透能力强、距离分辨率高、目标识别能力强等优点,在目标检测、目标成像等方面具有广阔的应用前景。然而,从复杂环境下的时域雷达B-Scan成像图中将目标与探测背景分离并不容易,本文针对这一问题,对时域雷达的目标检测算法... 详细信息

时域雷达具有穿透能力强、距离分辨率高、目标识别能力强等优点,在目标检测、目标成像等方面具有广阔的应用前景。然而,从复杂环境下的时域雷达B-Scan成像图中将目标与探测背景分离并不容易,本文针对这一问题,对时域雷达的目标检测算法展开了深入研究,具体工作概括如下:1.研究了时域雷达脉冲信号及回波信号预处理方法。将一阶高斯信号作为时域雷达脉冲信号源,分析一阶高斯脉冲信号与零阶高斯脉冲信号的时域、频域特征。对时域雷达回波信号形式及其在时域雷达B-Scan图像中的特征进行介绍,并详细说明了回波信号预处理方法,主要包括插值处理、时间校正、幅度归一化、平均降噪、带通滤波、增益控制和中值滤波七个步骤。2.提出了一种基于图像分割的时域雷达多目标检测算法。介绍单目标检测算法的相关原理及具体算法流程,利用仿真数据说明该算法在实际应用场景里对多目标检测存在一定的局限性。介绍了基于图像分割的多目标检测算法的相关原理以及具体算法流程,同时利用仿真数据对算法可行性进行测试验证,结果表明基于图像分割的多目标检测算法可行,能顺利检测目标。3.多种实验从不同角度对算法进行验证。搭建了时域雷达实验系统,设计了多种实验:多目标检测实验用于验证算法在空气中对多个目标的检测能力;探测距离实验用于验证算法在空气中对金属目标较远距离目标的检测能力;水体检测实验用于验证算法在空气中对水体目标的检测能力;钻孔测井实验用于验证算法在地下复杂介质环境下对金属目标的检测能力。多个实验结果表明,该算法能够在实际应用场景里实现对目标的有效检测。

关键词：时域雷达超宽带雷达目标检测图像分割

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时域测井成像雷达接收前端及信号处理技术研究

时域测井成像雷达接收前端及信号处理技术研究

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作者：严梓僖电子科技大学

学位级别：硕士

时域雷达因其拥有的宽频谱、高峰值极窄脉冲信号,具备了强抗干扰能力和穿透介质的能力,在测井成像场景中有着优秀表现。而作为时域测井成像雷达核心部分的接收前端和对回波信号的信号处理技术,决定了时域测井成像雷达的性能,具有重要的... 详细信息

时域雷达因其拥有的宽频谱、高峰值极窄脉冲信号,具备了强抗干扰能力和穿透介质的能力,在测井成像场景中有着优秀表现。而作为时域测井成像雷达核心部分的接收前端和对回波信号的信号处理技术,决定了时域测井成像雷达的性能,具有重要的研究意义。基于上述情况,本文对时域测井成像雷达的接收前端及信号处理技术展开了研究,完成了以下工作:首先,本文对时域测井成像雷达的采样方式进行了研究,采用了顺序等效采样与时间交错技术相结合的方式,使用四通道等效采样方法对高频的时域信号进行采样;为实现该采样方式,用现场可编程门阵列(FPGA)开发板对两种不同量程、不同精度的延时芯片进行了编程控制,将其组合起来生成大量程高精度的延时脉冲信号;同时,用FPGA控制模数转换器(ADC)对回波信号进行采集,并对采集到的数据进行坏点剔除与顺序重建;设计了模拟前端电路对回波信号进行信号预处理;通过与示波器采集信号进行对比,验证了该接收前端的可行性。其次,本文从偏移去除、噪声抑制以及深度增益补偿三个方面对时域测井成像雷达的信号处理技术进行了研究。在时间和幅度两个方向完成校准与归一化,消除了发射信号在产生过程中带来的信号抖动问题;针对信号反射过程中的随机噪声、收发天线间的直达波等问题,对回波信号进行了数据累积以及带外噪声滤波,减少了杂波干扰;将信号按照传播距离进行增益补偿,弥补了信号在传播过程中造成的能量衰减;通过仿真实验对目标信号进行灰度图成像,证明了上述信号处理技术的有效性。最后,对接收前端和信号处理技术整体进行了实验。通过接收前端对时域测井成像雷达的回波信号进行信号采集,并将采集到的数据上传至计算机进行信号处理。证明了本文所设计的接收前端与信号处理技术整体衔接良好,可产出高性能的结果。

关键词：测井成像时域雷达接收前端信号处理

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