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隐藏目标时域多信道探测系统新技术研究

作　者: 杨德强
导　师: 潘锦
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 隐蔽目标时域多信道时域脉冲天线电磁时间反转
分类号: TN971
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文研究的隐蔽目标时域多信道探测系统技术，既可用于地下目标的探测，如排雷、地质勘探、公路路基检测、城市地下管网探测等，也可用于地面隐蔽目标的探测，如穿墙探测、建筑质量检测、丛林环境中的目标探测等等。因此，使用时域冲击脉冲技术，实现对隐蔽目标的探测，已成为雷达探测领域的研究热点之一，在军事和民用领域，都具有广泛的应用前景。本文详细论述了用于隐蔽目标的时域多信道探测系统的组成原理，对系统的重要组成部分如超宽带时域脉冲天线、高幅度多级级联的时域窄脉冲信号、时域多信道接收机等进行了深入的研究。在分析和比较了多种时域超宽带天线，并归纳出天线各参数对系统性能影响规律的基础上，设计出一种具有侧壁渐变式金属背腔的时域脉冲天线；开展时域天线阵列研究，计算分析和修正了时域阵列方向图误差；研究天线和脉冲源的匹配技术，提出对称输出的多级级联电路，并研制出适合与对称天线匹配的万伏级平衡输出窄脉冲源；设计了分时工作的时域多信道接收机并研制出隐蔽目标时域多信道探测系统实验样机，并开展了在密集多散射环境、复杂环境、强散射环境中目标探测实验，应用电磁时间反转成像算法成功实现了目标的超分辩率聚焦定位成像。本文内容包括：隐蔽目标时域多信道探测系统的研究背景；隐蔽目标时域多信道探测系统的组成原理；高幅度多级级联时域脉冲信号源研制；超宽带时域脉冲天线的研究；时域多信道接收机方案与实现；隐蔽目标时域多信道探测系统实验样机研制和多散射复杂环境试验；本文研究工作总结和后续研究工作的建议。本文的主要贡献和创新点有：1、设计并研制出超高幅度的对称输出多级级联固态脉冲源，并应用于隐蔽目标时域多信道探测系统；2、首次在时域天线领域提出并采用渐变式背腔，改善了电阻加载领结天线的时域性能，提高了系统收发隔离度；3、提出了时域阵列天线中，方向图乘法的修正方法，减小了计算方向图的误差，有效提升了目标定位精度；4、将光时域探测器件应用于隐蔽目标时域多信道探测系统中，为增大脉冲源幅度以扩展探测距离，提供了高隔离度保障；5、设计并研制出分时多信道时域接收系统，降低了时域探测系统的成本，为进一步扩展天线孔径，以及开展三维定位成像研究提供了可行的途径。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-19
  1.1 隐蔽目标探测系统研究背景  12-13
  1.2 国内外研究基础  13-15
    1.2.1 探地雷达研究基础  13-14
    1.2.2 丛林隐蔽目标探测研究基础  14-15
  1.3 本文工作  15-19
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 研究方案  17-19
第二章隐蔽目标时域多信道探测系统  19-26
  2.1 隐蔽目标时域探测原理  19-21
  2.2 隐蔽目标时域多信道探测系统的主要参数  21-23
    2.2.1 最大探测距离  21-22
    2.2.2 最小分辨率  22-23
    2.2.3 测量速度  23
  2.3 隐蔽目标时域多信道探测系统的组成  23-26
第三章高幅度多级级联时域窄脉冲信号源  26-45
  3.1 高斯脉冲时域和频域分析  26-29
    3.1.1 脉冲函数表达式  26-28
    3.1.2 高斯脉冲的频谱分析  28-29
  3.2 纳秒级高斯脉冲产生技术  29-36
    3.2.1 纳秒级脉冲信号源分类  29-30
    3.2.2 雪崩晶体管的工作原理  30-32
    3.2.3 雪崩晶体管脉冲源  32-35
    3.2.4 时域脉冲源的技术指标  35-36
  3.3 超高幅度脉冲源设计  36-39
    3.3.1 脉冲源参数综合设计  36-37
    3.3.2 多级级联电路的脉冲源幅度设计  37-39
    3.3.3 超高幅度脉冲源的耐压设计  39
  3.4 脉冲源测量与调试  39-44
    3.4.1 脉冲源测试方法  40
    3.4.2 脉冲源的调试  40-42
    3.4.3 脉冲源测试  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章超宽带时域脉冲天线  45-75
  4.1 时域超宽带天线概述  45-53
    4.1.1 时域天线的主要电参数  45-47
    4.1.2 天线带宽的定义  47-48
    4.1.3 天线带宽的展宽技术  48-49
    4.1.4 常用时域宽带天线比较  49-53
  4.2 梯形背腔式电阻加载领结天线设计  53-64
    4.2.1 领结天线的电阻加载设计  53-57
    4.2.2 电阻加载领结天线的背腔设计  57-60
    4.2.3 领结天线的测试  60-64
  4.3 时域天线阵列设计  64-72
    4.3.1 二元时域天线阵  64-67
    4.3.2 四元时间控制天线阵  67-72
  4.4 时域天线阵方向图修正  72-74
  4.5 本章小结  74-75
第五章时域多信道接收机  75-93
  5.1 时域接收系统原理  75-77
  5.2 分时多信道时域接收机  77-80
  5.3 接收机的电磁兼容设计  80-82
    5.3.1 抗环境和内部电磁干扰技术  80-81
    5.3.2 接收机同步信号的处理  81-82
  5.4 用光纤传输高速脉冲信号  82-86
    5.4.1 脉冲信号光纤传输系统主要部件  82-83
    5.4.2 模拟信号的强度调制  83
    5.4.3 时域接收机同步信号的光纤传输  83-86
  5.5 电磁时间反转成像算法  86-90
    5.5.1 电磁时间反转原理  87
    5.5.2 时间反转镜  87-88
    5.5.3 电磁时间反转成像(EMTRM)算法  88-90
  5.6 时间反转算法的实际应用  90-92
    5.6.1 时间起始点的处理  90-91
    5.6.2 实际应用公式修正  91-92
  5.7 本章小结  92-93
第六章环境模型设计与目标探测实验  93-111
  6.1 环境模型设计  93-95
    6.1.1 室内丛林环境模型  93-94
    6.1.2 室外丛林环境模型  94-95
  6.2 实验内容与方案  95
  6.3 目标探测实验  95-109
    6.3.1 影响成像质量的各种因素实验  95-102
    6.3.2 室内模型环境目标探测实验  102-105
    6.3.3 丛林环境目标探测实验  105-109
  6.4 本章小结  109-111
结束语  111-114
致谢  114-115
参考文献  115-120
作者攻博期间所取得的成果  120-122

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