时域超宽带窄脉冲的产生及回波采样系统的设计与实现

论文摘要

超宽带穿墙探测雷达（UWB-TWDR）是一种能够隔墙探测和定位的新型雷达系统,它可以对建筑或掩体内的可疑目标（人）进行外部的非入侵式探测,并对建筑物内的运动目标进行监测,可以广泛的应用于大规模城区巷战、反恐斗争和人质救援行动。本文作为超宽带穿墙探测雷达试验系统的一部分,研究了超宽带窄脉冲产生技术和回波信号采集系统两方面,包括相关硬件和软件设计。穿墙雷达探测目标需要靠天线发射超宽带极窄脉冲,因此本文介绍了应用于超宽带穿墙探测雷达的极窄脉冲产生技术。首先介绍了一种可用于超宽带穿墙雷达的脉冲发生电路,讨论并分析了UWB中几种常用窄脉冲产生方法的特点及其局限性。基于雪崩三极管和射频双极性晶体管的雪崩特性,设计并制作了UWB脉冲电路发生器,指出电路中需要注意的事项及改进脉冲性能的方法,并获得亚纳秒级的超短、快速前沿的单极性UWB脉冲,幅度为28V,宽度为958ps。目标的所有信息包含在回波信号里,但由于发射脉冲极窄,导致回波信号带宽很大（大于1GHz）,一般采样无法实现对回波信号的采集,为此设计了等效采样系统。首先介绍了等效采样和锁相环的基本原理,基于高精度时钟芯片AD9510设计了超低抖动的时钟源;为对时钟源的输出频率进行步进延时,应用MC100EP196设计了可编程延时电路;对于采集回来的回波数据,需传至PC做数据处理后成像,因此应用USB2.0协议将采样后数据传到PC上。为此介绍了USB2.0芯CY7C68013A芯片的功能结构和工作原理,并完成和采样芯片AD9215的硬件设计。最后介绍了CY7C68013A的固件框架,并对框架中主要函数进行了介绍,基于GPIF接口方式进行了固件编写。USB设备必须依靠驱动和电脑通讯,因此介绍了驱动识别方法。本文采用VC++作为开发平台,使用Cypress提供的库,并编写了上位机程序。经测试系统传输速率达30Mbps,能很好的满足数据传输要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 超宽带雷达技术简介
• 1.4 论文主要的研究内容
• 第二章 超宽带窄脉冲的设计
• 2.1 一般脉冲源系统工作原理
• 2.2 基于不同核心器件UWB 窄脉冲源成型方案比较
• 2.2.1 阶跃恢复二极管 （SRD,Step Recovery Diode）
• 2.2.2 MOSFETF 方案
• 2.2.3 雪崩管
• 2.3 电路的调试
• 2.3.1 基于ZTX415 雪崩管的调试
• 2.3.2 基于MMBT3904 射频管的MAX 电路调试
• 2.4 进一步减小脉宽的方法
• 第三章 回波采集电路系统的设计
• 3.1 等效采样原理
• 3.2 回波采集电路实现
• 3.2.1 总体设计及功能概述
• 3.2.2 高精度时钟源的电路实现
• 3.2.3 精确延时电路和电平转换电路设计
• 3.2.4 基于USB2.0 高速数据采集电路设计
• 第四章 采集系统的软件编写
• 4.1 固件部分程序设计
• 4.1.1 主程序fw.c
• Init（）'>4.1.2 初始化函数TD_Init（）
• Poll（）'>4.1.3 数据采集函数TD_Poll（）
• VendorCmnd（）'>4.1.4 厂商自定义命令DR_VendorCmnd（）
• 4.1.5 可编程通用接口GPIF
• 4.2 USB 驱动程序
• 4.3 上位机数据采集程序设计
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文