一种高灵敏穿墙雷达的设计及实现

摘要

穿墙雷达通过发射电磁波信号对障碍物后的目标进行探测，具有定位、跟踪、成像等功能，在地震救灾、城市巷战、安防、医疗等领域应用广泛。在穿墙雷达的实际应用中，由于墙体反射信号和泄漏信号的存在，会淹没掉微弱目标信号，如果增大发射信号功率，可能会造成接收机饱和。对于墙壁回波等强杂波信号，传统的解决方法是对强杂波信号进行估计，然后在数字域中通过差分运算、滤波等方法进行处理，本文提出一种在模拟域中强杂波抑制方法，使用射频对消技术在模拟域中对强杂波信号进行抑制，有利于微动目标信号的检测，提高系统的灵敏度。 针对上述问题，本文对一种高灵敏穿墙雷达系统进行了研究，主要工作有： 1.针对穿墙雷达中的强杂波信号问题，本文提出一种在模拟域中使用射频对消抑制强杂波的方法。 2.搭建了穿墙雷达系统硬件平台。选用FPGA为Xilinx公司Zynq-7000系列，以该芯片作为控制核心，设计了穿墙雷达步进频发射机、零中频接收机、射频对消电路。 3.穿墙雷达系统软件设计。在Vivado中设计了Verilog程序，实现对硬件电路的控制、信号采集等功能，在SDK中编写C程序，实现以太网通信和对消算法等功能。在PC上编写了上位机软件，实现了数据处理、显示、模式控制等功能。通过调试，使整个系统的软件、硬件协同工作。 4.穿墙雷达系统测试。利用同轴电缆对系统进行实验室测试；系统接上收发天线后，进行了外场测试。系统在测试过程中，工作稳定，测试结果达到了预期效果。 经过测试表明本文设计的穿墙雷达系统在模拟域中对强杂波信号具有一定的抑制效果，提高了系统的灵敏度。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2.1 穿墙雷达的研究动态

1.2.2 射频对消技术的研究动态

1.3 本课题主要工作

1.4 本论文章节安排

第二章 穿墙雷达原理及相关技术理论

2.1 穿墙雷达工作原理

2.1.1 穿墙雷达回波信号模型

2.1.2 穿墙雷达的几种常用体制

2.1.3 步进频率穿墙雷达测距基本原理

2.2 穿墙雷达中强杂波抑制方法

2.2.1 自适应强杂波对消法

2.2.2 空域滤波法

2.2.3 墙体电磁建模法

2.3射频对消的相关理论

2.3.1 射频对消的基本原理

2.3.2 坐标轴轮换对消算法

2.4 本章小结

第三章 穿墙雷达系统硬件电路设计

3.1 系统整体框架

3.2 宽带步进频率发射机设计

3.2.1 穿墙雷达系统发射机指标分析

3.2.2 DDS模块

3.2.3 频率合成器模块

3.2.4 发射机功率补偿电路设计

3.3 穿墙雷达接收机设计

3.3.1 低噪放模块

3.3.2 正交解调器模块

3.3.3 ADC模块

3.4 射频对消模块设计

3.5 电源模块设计

3.6 穿墙雷达系统PCB设计

3.7 本章小结

第四章 穿墙雷达系统程序设计

4.1 穿墙雷达系统整体软件框架

4.1.1 核心板介绍

4.1.2 AXI总线协议介绍

4.2.1 发射机模块控制程序设计

4.2.2 接收机模块控制程序设计

4.2.3 对消模块控制程序设计

4.3 数据链路的搭建

4.3.1 数据上传通道

4.3.2 数据下传通道

4.3.3 LWIP协议栈

4.4 坐标轴轮换对消算法具体实现

4.5 上位机软件设计

4.6 本章小结

第五章 穿墙雷达系统测试

5.1.1 发射机模块测试

5.1.2 接收机模块测试

5.2 穿墙雷达系统测试

5.2.1 连接延迟线的系统测试

5.2.2 连接天线的系统测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续研究展望

致谢

参考文献