１脉冲压缩算法原理与仿真
１．１脉冲压缩算法原理
脉冲压缩算法被运用于诸多雷达系统中用来处理回波信息并且能够提高雷达的作用距离和距离分辨率，同样该算法也适用于超宽带穿墙雷达。这种方法采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接收时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，从而较好地解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。该算法是以匹配滤波器［８］为基础来实现的，其原理如图２所示。
１．２脉冲压缩算法仿真
本文采用中心频率为１ＧＨｚ，频带宽度为３ＧＨｚ，脉冲宽度为２６０ｎｓ的线性调频信号进行脉冲压缩法的仿真，将探测目标位置分别设置在６ｍ、１４．７ｍ以及１５ｍ处，结果如图３、图４所示。
２超宽带脉冲压缩穿墙雷达设计与发射接收过程仿真
２．１超宽带脉冲压缩穿墙雷达设计
超宽带穿墙雷达系统与传统雷达系统结构近似，如图５所示，穿墙雷达探测目标需要穿透墙体，这使得在考虑信号传播的时候要同时考虑信号穿透墙体，以及墙体介质参数及其信号穿透后的衰减程度［９－１０］。如果考虑一维情况下信号发射接收过程和信号穿透墙体后的透射情况，且不考虑墙体与目标的散射等其它情况，那么可以用图６表示超宽带穿墙雷达信号发射接收过程。
２．２雷达发射接收过程仿真
对上述过程进行仿真，发射信号采用中心频率为１ＧＨｚ，频带宽度为３ＧＨｚ，脉冲宽度为２６０ｎｓ，幅值为１的超宽带线性调频信号。线性调频信号作为雷达的发射信号具有距离分辨率高，低发射功率等优点。墙体参数设置参考第２节仿真参数，令墙体相对介电常数εｒ＝６，电导率σ＝５×１０－３，墙体厚度设为３０ｃｍ。这里将墙体设置在距离雷达８ｍ处，墙后目标设置于距离墙体１３ｍ处。图７所示为超宽带穿墙雷达信号发射接收过程中各个状态的信号波形。图７－ａ为雷达系统发射的超宽带线性调频信号，从图中可以看出其幅值为１；图７－ｂ为发射信号穿透墙体，从图中可以看出信号幅值从１变为０．７４，说明信号穿透墙体时幅值得到衰减，同时有一部分信号作为墙体回波信号反射回去，该部分信号幅值未得到衰减；图７－ｃ表示目标回波信号反射回来透过墙体，其幅值再次衰减从０．７４降低到０．５４；当信号在空气中传播遇到墙体时会发生反射，这里不考虑物体的反射系数，信号墙体反射时只考虑墙体近雷达系统面与远雷达系统面，当信号传播至远雷达系统面（如图８所示）并反射出墙体时，这时的信号相当于穿透了两次墙体，将近雷达系统面的回波信号与远雷达系统面的回波信号相互叠加就是总的墙体回波信号，同时加上目标回波信号，则变为了图７－ｄ所示波形，这里统称为回波信号；图７－ｅ是回波信号进过脉冲压缩算法处理后的效果图，其中在８ｍ和８．３ｍ处存在两个波峰，分别对应墙体近雷达系统面和远雷达系统面，８．３ｍ处波峰低于８ｍ处波峰反映了信号经墙体透射后的衰减，而在１３ｍ处存在另一个波峰，该波峰反映为被测物体，其波峰与远雷达系统面等高，说明其信号也是通过二次衰减。图７充分说明脉冲压缩可以很精确地定位待测目标的位置，同时也表明脉冲压缩能增加信噪比，提高信号发射功率。
３结论
通过ＦＤＴＤ法对电磁波穿透墙体后的透射系数进行仿真与计算，很好地反映了信号在空气中传播以及遇到障碍物透射之后的波形变化情况；对脉冲压缩算法的仿真则反映了脉冲压缩算法能够增加信号的功率，提高信噪比，以及精确完成对被测目标位置的定位。最后，将上述两种算法与超宽带穿墙雷达相结合，模拟出超宽带穿墙雷达从发射信号到接收处理信号的全过程，更为直观地体现了超宽带穿墙雷达在信号发射接收方式上的工作原理，证明了将ＦＤＴＤ法与脉冲压缩算法运用到超宽带穿墙雷达的可行性。
作者：张朝霞 傅正 张明江 周俊杰 张东泽 闫东 单位：太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室 深圳大学 光电子器件与系统（教育部／广东省）重点实验室
