超宽带雷达

UWB缩写为UWB，全名是Ultra Wide-Band，其中心频率至少为500MHz. 与传统的“窄带”技术和普通的“宽带”技术相比，它们的主要区别在于超宽带技术具有较大的带宽. 在美国联邦通信委员会（FC C）的定义中，其带宽比中心频率高25％或大于1.5 GHz. 所谓超宽带雷达是指工作带宽大于或等于其中心频率的25％的雷达. [文章来源华兴智能控制]

1超宽带雷达的定义

超宽带（UWB）雷达通常定义为: 雷达发射信号的分数带宽（FBW）大于0.25的雷达. 超宽带技术是执行非常短的单个脉冲的一系列处理和处理，包括生成，发送，接收和处理等，以实现通信，检测和遥感功能. 超宽带是指该技术的主要特征之一，即占用的带宽非常大. 也可以称为impulserddar，impulseradio，无载波技术和时域技术.

2超宽带雷达系统的组成

典型的超宽带雷达系统由波形发生器，发射器，，天线和信号处理器组成. 其中，波形发生器生成超宽带信号波形，例如线性调频脉冲，冲击脉冲，随机噪声等. 冲击脉冲信号是一种相对成熟的超宽带雷达信号. 所谓的冲击脉冲是指具有非常短的产生和消失时间的瞬时电流. 产生和消失的时间只有几百微秒到几纳秒. 超宽带传输将信息的调制过程放在非常宽的频带上，带宽占用的频率范围由该过程的持续时间确定，即带宽= 1 /持续时间，因此超宽带雷达具有带宽.

UWB雷达的3个优势

超宽带雷达具有带宽大的特点. 与传统的窄带雷达系统相比，超宽带雷达具有以下优越的性能:

3.1强大的抗干扰性能. 超宽带雷达系统具有较大的处理增益，发射时将较弱的脉冲信号分散在较宽的频带内，其输出功率甚至低于普通设备产生的噪声. 接收时恢复信号能量，并在解扩过程中产生扩频增益. 与常规雷达系统相比，它具有更强的抗干扰性能.

3.2超宽带雷达具有低频和宽带特性. 它对地面和树叶具有很强的穿透能力，并且可以检测出树林中隐藏的目标.

3.3雷达信号具有极高的范围分辨率. 由于UWB雷达的带宽相对较大，它可以区分目标的许多散射点. 累积这些散射点的回波信号可以提高信噪比，其分辨率可以达到厘米级.

3.4具有良好的目标识别能力. 由于雷达发射脉冲的时间短，因此可以分离目标不同区域的响应，可以突出显示目标的特性并可以识别目标. 此外，借助信号的广谱特性，可以刺激目标的多种响应模式，并提高雷达的目标识别能力.

3.5超短距离检测功能. 传统雷达在检测短距离目标时会出现盲点，而超宽带雷达的最小检测范围大约等于距离分辨率. 此功能使UWB雷达具有超短距离检测功能.

4个超宽带雷达信号

超宽带雷达信号的两种可能的表示方法: 一种是借用窄带信号的复数模型方法，其优点是便于对超宽带信号的变换进行近似计算，并且易于进行误差估计；第二种方法是使用实​​数模型方法，这足以反映信号的超宽带特性. 由于UWB信号的时间波瓣数量减少，因此复杂的包络不再能够反映信号的形状. 即使在准确结果的条件下，复杂模型也不令人满意. 最好使用时间的真实振荡函数来模拟超宽带信号. 在超宽带雷达中，基于窄脉冲形式的无载波信号是当前在超宽带雷达中使用最广泛的信号. 尽管超宽带雷达的范围由于功率有限而受到限制，但它特别适合于研究超宽带雷达的特性，尤其是目标特性. 因此，当今大多数超宽带雷达都使用这种类型的脉冲信号.

5种目标对超宽带信号的雷达特性

雷达解决的所有问题都可以归因于雷达目标散射的电磁场的某些特性. 针对UWB信号下的目标，有两种建模方法: 结构物理方法和表示方法. 结构物理方法可以揭示雷达信号非稳定散射的物理机制. 表示方法有助于研究复杂的形状和涂层问题. 由于超宽带信号的特性，雷达目标具有一种可以被称为超宽带信号的频率对偶性的特殊属性: 低频信息和高分辨率. 该特性是随着信号频谱的加宽，分辨率也同时提高，因此出现了获得低频信息的可能性. 获得雷达目标的超宽带特性后，可用于目标识别，雷达成像，确定姿态和计算极化效应.

5.1超宽带雷达目标回波信号

对于超宽带雷达，由于目标上“亮点”的数量和观察角度不确定，因此目标反射的回波信号形式是随机的，这导致接收信号无法观察. 因此，不可能用这样一种概念来描述超宽带雷达的接收信号，即接收到的回波信号是类似于先前的窄带雷达的已知信号.

6个超宽带雷达天线

在超宽带的情况下，发射天线的激励信号的形状与辐射的长时间结构不一致，接收天线的入射波的时间结构与其输出信号不一致. 场的时间结构和角坐标之间的关系消除了在不稳定状态下直接使用经典单案的可能性. 此时，单案已经完全失去了意义. 因此，天线特性只能用频率特性族或脉冲特性族来描述. 另外，超宽带信号辐射的另一个特征是，本地辐射中心可以在有限尺寸的天线上分开.

对超宽带雷达天线的基本要求是: 超宽带信号频带中的输入阻抗不变；最大辐射方向不变；有明显的相位中心；场强增益系数的频率关系: 对于发射天线G（ω）= const，ω: Δω;对于接收天线，G（ω）〜ω2，ω: Δω；发射和接收共享天线G（ω）〜ω，ω: Δω.

7超宽带雷达的应用

超宽带雷达的最早应用是由于美国陆军对地下物体的探测需求，它在目标成像，丛林透视以及某些类型的杂波抑制和低RCS目标探测中具有应用前景.

7.1目标识别

UWB雷达有两种识别目标的方法: 第一种方法是用足够宽的宽带信号照亮目标以估计其共振频率. 这些估计的数据可以用作识别目标的模板. 另一种方法是使用足够精细的距离分辨率来区分目标的所有散射中心，以实现目标识别.

第一种方法要求信号的最小频率应为目标共振散射体长度的2至4倍. 波形中较高的频率将激发较高的模式共振，但是基本共振通常具有最强的响应. 为了提高目标识别的可靠性，希望激发尽可能多的共振，因此应选择具有足够带宽的信号. 对于轰炸机，信号必须覆盖2到4 MHz，其宽带指数为0.66.

第二种方法形成目标的一维“图像”（通常称为距离轮廓）. UWB雷达的回波是一系列回波，而不是窄带雷达的集中回波. 这些回波携带一系列具有不同角度信息的回波，可以通过逆合成孔径处理对其进行成像. 如果生成的图像具有足够的细节以区分相似的飞机类型，从而实现目标识别.

7.2雷达成像

在特殊情况下，使用超宽带雷达建立目标图像的理论基础是Lewis-Bojarski身份或Kano-Moffat身份. 其成像方法包括: 拉顿逆变换（或多维傅里叶变换），其缺点是抗干扰能力差；另一种是启发式方法，它基于测得的线性响应的强迫分量与目标轮廓函数之间的关系，以及轮廓. 它基于函数与特征函数之间的关系，其特征在于问题必须以离散形式提出，并需要重复解决. 包括: 有限表面法，投影函数法，使用目标回波成像和使用目标脉冲响应成像. 超宽带雷达成像的特征: 查找隐藏目标的能力: UWB雷达具有很强的穿透树叶的能力. 这是一种探地雷达.

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