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Taylor ：IEEE超宽带雷达委员会主席。他于1963年获得弗吉尼亚军事学院获得电气工程学士学位。毕业之后，立即进入美国陆军服役，担任一名防空炮兵军官。他于1968年被调入美国空军，担任一名电子研究和开发工程师。1977年获得俄亥俄州怀特-帕特森空军基地美国空军技术学院控制理论硕士学位。他在美国空军航电实验室作为一名主管工程师的经历，让他接触到最先进的电子学概念和军事需求。他最后被任命为马萨诸塞州汉考斯空军基地美国空军电子系统部的一名远程技术规划主管，负责研究远程巡航导弹探测方案，并涉足超宽带雷达领域。1991年退役之后，他开始提供超宽带雷达咨询服务。 目錄： 目录 第1章超宽带雷达应用与设计导论 1.1引言和目的 1.1.1超宽带雷达的概念 1.1.2编者目的 1.2超宽带雷达的起源 1.2.1我与超宽带雷达的渊源 1.2.2带宽和雷达距离分辨率 1.2.3早期超宽带雷达演示计划 1.3超宽带雷达资源 1.4超宽带雷达的定义和条例 1.4.1超宽带雷达的早期历史 1.4.2超宽带雷达的标准定义 1.4.3带宽名称与定义 1.5超宽带雷达的时域和频域分析 1.6非正弦信号传播 1.6.1背景 1.6.2收发过程高斯脉冲转换样例 1.6.3高斯脉冲信号传播的结论 1.7超宽带雷达： 未来趋势与应用 1.7.1开放空间测量和监视 1.7.2材料穿透遥感应用 1.7.3医学测量和成像 1.7.4安保 1.7.5军事遥感应用 1.8超宽带雷达发展的未来方向 1.8.1超宽带天线阵列几何结构优化 1.8.2天线阵列信号同步 1.8.3接收机信噪比改进 1.8.4多基地雷达 1.8.5目标成像和识别的高阶信号处理 1.9未来超宽带雷达的架构 1.10小结 参考文献 第2章超宽带通信系统和雷达系统的发展 2.1引言 2.2超宽带通信的概念 2.3超宽带无线电通信系统的发展历史 2.4超宽带无线电通信系统的主要组成 2.4.1脉冲串的产生和发射 2.4.2脉冲调制 2.4.3脉冲检测和接收 2.4.4超宽带天线的效率 2.5超宽带信号的检测和放大 2.5.1Tektronix公司的系统 2.5.2Harmuth的系统 2.5.3Ross和Robbins的系统 2.6超宽带发射信号的相干测试技术难点 2.7超宽带发展的总体概述 2.7.1干扰问题 2.7.2超宽带通信系统的信道容量 2.7.3超宽带发射机 2.7.4超宽带辐射测量 2.8超宽带雷达传感器 2.8.1概述 2.8.2目标的超宽带响应特性 2.8.3雷达和传感器 2.8.4超宽带接收机 2.8.5能够穿墙、 穿透地面和植被的雷达 2.8.6俄罗斯的超宽带雷达系统 2.9高阶信号处理 2.9.1奇点展开法 2.9.2白噪声分析法 2.9.3高分辨率目标识别的时频分析法 2.9.4高分辨率目标检测的时频分析法 2.10小结 致谢 参考文献 第3章超宽带系统波形变换： 起因和影响 3.1引言 3.1.1窄带和超宽带信号 3.1.2信号波形、 带宽和传播影响 3.2辐射过程中UWB信号波形变化 3.2.1UWB辐射分析： 简介和背景 3.2.2天线如何辐射UWB信号 3.2.3UWB天线远场辐射影响 3.3UWB天线的辐射图 3.3.1辐射波形如何随着感测角变化 3.3.2时域辐射的UWB域 3.4确定在接收和产生天线接收方向图过程中UWB信号波形的变化 3.4.1UWB脉冲波形如何随观测角变化 3.4.2UWB天线方向性 3.5UWB天线接收和发射方向图以及可逆性原理 3.6UWB信号检测中的特殊问题 3.7利用UWB信号的目标RCS测量 3.8UWB雷达距离方程： UWB雷达应用的局限性和特点 3.9实际应用的近程超宽带雷达设计 3.9.1用于病人心跳和呼吸频率24小时监测的超宽带雷达 3.9.2用于人体生理遥测的超宽带雷达 3.9.3用于穿墙探测人员的超宽带雷达 3.10小结 致谢 参考文献 第4章美国及欧洲国家对于超宽带系统的有关规定 4.1简介 4.1.1背景 4.1.2本章目标 4.1.3警告 4.2美国关于超宽带设备的一些规定 4.2.1美国超宽带规定的来源 4.2.2U.S.C.第47条对超宽带设备的限制 4.3欧盟颁布的有关超宽带的条例 4.3.1简介 4.3.2欧盟条例的历史 4.3.3欧盟与超宽带相关条例的节选内容 参考文献 第5章穿透材料超宽带系统的原理 5.1引言 5.2MPR的应用 5.3MPR系统架构和操作 5.4MPR系统设计 5.5固体媒介中的电磁波传播 5.5.1媒介特性 5.5.2MPR信号传播 5.5.3发射媒介特性和MPR设计 5.6MPR成像 5.7小结 参考文献 第6章超宽带与随机信号雷达 6.1随机信号雷达介绍 6.1.1随机信号雷达概述 6.1.2随机信号雷达的历史 6.1.3随机信号雷达的实施架构 6.1.4随机信号雷达处理方案 6.2超宽带与随机信号雷达的联合 6.2.1随机信号的产生 6.2.2超宽带载波调制随机信号雷达 6.2.3超宽带无载波随机编码脉冲雷达 6.3超宽带随机信号雷达的优势 6.3.1抗射频干扰能力 6.3.2低截获概率 6.3.3电磁兼容性 6.4超宽带随机信号雷达的应用 6.4.1埋藏物的探测 6.4.2短距离SAR成像 6.4.3结构变化的远程监视 6.4.4随机信号雷达的未来可能应用 参考文献 第7章地面介电常数自动测量与使用含局部对象响应的GPR图像的目标位置自动探测 7.1引言 7.2电容率测量 7.3Hough变换用于双曲线检测 7.3.1二元成像 7.3.2GPR信号的Hough变换 7.3.3加速Hough变换计算 7.4Hough空间对电容率误差的依赖性 7.5计算电容率的算法 7.6Hough变换方法的结论 7.7自动目标探测方法的性能数值评估 7.8目标探测方法的度量标准 7.9模拟GPR图像中的目标探测 7.10试验GPR图像中的目标探测 7.11小结 参考文献 第8章均匀半空间附近目标的UWB后向散射 8.1引言 8.2具有地参数的分层半空间内的超宽带信号散射 8.2.1对象 8.2.2问题求解方法 8.2.3数值计算结果 8.3双基地情况下完全导电目标的脉冲特性 8.3.1问题解决方法 8.3.2椭圆体脉冲特性 8.3.3双基地情况下飞机模型的瞬态响应计算 8.4位于均匀半空间附近的完全导电体所散射的脉冲信号 8.4.1问题的公式与主要计算关系 8.4.2数值结果 参考文献 第9章超宽带雷达的医学应用 9.1引言 9.1.1超宽带雷达医学成像的潜力与好处 9.1.2章节回顾 9.2电磁波与人体组织 9.2.1简介 9.2.2空军研究实验室Gabriel组织特性数据库 9.2.3生物组织的反射性 9.3采用UWB雷达进行心率和呼吸率测量 9.3.1遥控PMR 9.3.2生命征兆监测器 9.4用于胸腔和颅内创伤诊断的UWB雷达 9.4.1背景 9.4.2用于气胸检测的UWB雷达 9.4.3雷达对颅内出血的检测 9.4.4出血性中风的检测 9.4.5小结 9.5用于肿瘤检测的UWB雷达 9.5.1组织对比度和UWB雷达肿瘤检测 9.5.2雷达的肿瘤检测方法 9.5.3用于医学诊断的微波成像 9.5.4医学微波断层扫描 9.5.5UWB雷达成像和断层扫描技术的未来发展方向 9.6UWB雷达医学应用小结 致谢 参考文献 第10章大电流辐射器： 问题、 分析和设计 10.1引言 10.2LCR天线的基本原理 10.3LCR驱动信号发生器的设计 10.3.1含双极型晶体管的开关 10.3.2电子雪崩晶体管开关 10.3.3用S二极管作为开关 10.3.4硅场效应晶体管开关 10.3.5GaAs FET开关 10.3.6微波电路开关 10.3.7LCR激励小结 10.4辐射UWB脉冲电磁场的天线设计 10.4.1UWB LCR天线尺寸 10.4.2LCR天线近场和远场特性 10.4.3返回环路屏蔽是如何影响LCR辐射的 10.4.4如何降低辐射器感应 10.4.5多单元LCR辐射器的设计 10.4.6如何控制LCR辐射的脉冲持续时间 10.5小结 10.6致谢 参考文献第11章Novelda纳米脉冲雷达 11.1引言 11.2Novelda脉冲雷达概述 11.3Novelda纳米脉冲雷达CTBV信号获取系统 11.3.1通过CTBV编码获取信号 11.4Novelda雷达通过脉冲重复频率参差的扩大最大不模糊 11.5Novelda雷达高速和低功耗创新 11.6Novelda雷达流水线式数据输出 11.7Novelda雷达开发套件 11.8Novelda雷达天线 11.9小结 致谢 参考文献第12章材料穿透UWB雷达成像的原理和方法 12.1引言 12.2工作和设计原理 12.2.1基于材料工作环境的分类 12.2.2材料穿透雷达的主要性能指标 12.2.3系统级设计的限制和权衡 12.3实施方法 12.3.1支持宽带工作的方法 12.3.2雷达目标特征测量 12.3.3天线工作条件 12.4雷达成像方法 12.4.1信号处理技术 12.4.2雷达图像显示技术 12.4.3图像判读 12.5SAR成像方案 12.5.1天线在远场条件工作的UWB SAR 12.5.2用于探测植被中物体的前视UWB SAR 12.5.3用于地雷探测的侧视UWB SAR 12.6逆SAR成像方案 12.6.1采用穿墙ISAR技术跟踪动目标 12.6.2用于旋转动目标高分辨成像的ISAR 12 內容試閱： 《超宽带雷达应用与设计》编委会 翻译委员会 主　任：胡明春 副主任：孙　俊 委　员：金　林　吴道庆　周志鹏　李　明　邢文革　夏贤江　范义晨 吴　迤　贾中璐　尹德成　李大圣　陈勇华　杨予昊　周海林 燕　飞　张建设　遇　实　蔡晓睿　韩长喜　陈　丽　邵余红 薛　慧　李　筠　林　晶　倪迎红　冯晓磊　王　虎　张　昊 刘　平 校对委员会 主　任：王建明 副主任：陈　玲　邓大松 委　员：邵春生　倪国新　谢勇光　杨剑飞　彭　为　袁　刚　史国庆 傅有光　王秀春　吴明敏　伍光新　方能航　朱宝明　张　蕾 沙　舟　张春雁 中国电子科技集团公司智能感知技术重点实验室 智能感知技术重点实验室是由中国电子科技集团公司于２０１４年１０月批复设立的首批集团重点实验室之一，被列为中国电科集团示范实验室建设行列。 作为国内预警探测领域首个系统级创新研究型实验室，智能感知技术重点实验室的主要任务是面向未来复杂作战环境下武器装备发展信息化、体系化的新需求，建设一流研发平台，吸引国内外优势学术资源，从事智能感知体系、先进探测系统和基础技术研究，牵引专业技术发展，促进探测技术多学科融合，引领国家探测领域技术发展方向，提升国家探测领域自主创新能力，是技术创新体系重构的重要组成部分。 智能感知技术重点实验室始终坚持人才是科技创新的第一资源。目前，实验室已形成一支初具规模、结构合理、素质优良的人才队伍。其中，具有研究员与高级工程师职称的人员占比达７０％以上，具有硕博学位的人员占比达８５％以上。 惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜。智能感知技术重点实验室将瞄准国际前沿，面向国家重大需求，努力整合联合内外部优势力量，布局具有战略性、前瞻性、基础性科技创新资源，努力将实验室打造成聚集国内外一流人才的科技创新高地。 译　者　序 超宽带雷达（ＵＷＢＲ）概念自１９９０年提出以来，在国际上备受重视，美国国防部曾连续多年将超宽带雷达作为高灵敏度雷达技术研究项目的重点方向。 最初，超宽带雷达的研究目标仅为了改善雷达的探测距离分辨率，从而获取复杂目标的细微特征。随着超宽带技术经历２５年的飞速发展，其获取目标和环境信息的能力在频域大幅扩展，同时激励目标瑞利区、谐振区及光学区散射特性，一方面可有效抑制杂波和干扰，另一方面通过更灵活的信息处理手段提取更为丰富的目标特征，全面提升雷达系统性能，在极高距离分辨率、高精度成像、目标识别、穿透能力等方面具有常规窄带雷达无法比拟的优势，因而在目标探测、成像识别、反恐作战、安保、医疗、灾后救援等军用和民用领域均具有广泛应用价值。 作为ＩＥＥＥ超宽带雷达委员会主席，ＪａｍｅｓＤ．Ｔａｙｌｏｒ见证了超宽带雷达技术的诞生与飞速发展，编写了《ＩＥＥＥ标准－１６７２，超宽带雷达定义》。《超宽带雷达应用与设计》是该作者前两本专著《超宽带雷达系统导论》（１９９５年）、《超宽带雷达技术》（２０００年）的深入修订版，紧跟超宽带雷达技术的发展潮流，全面、深入地阐述了超宽带雷达相关理论、特点优势、前沿技术及未来发展方向，针对材料穿透、全息探地、穿墙、隐蔽武器探测等领域应用进行了详尽阐述，对相关领域的研究人员具有非常高的指导价值。 本书由中国电子科技集团公司智能感知技术重点实验室组织翻译，胡明春、王建明、孙俊、陈玲、邓大松、蔡晓睿、韩长喜、倪迎红等参与了翻译，并得到了中国电子科技集团公司第十四研究所各部门领导及专家的大力支持和帮助，在此一并感谢。由于水平和经验有限，翻译错误与不妥之处在所难免，敬请读者批评指出，以便今后进一步完善，不胜感激！ 主编简介 ＪａｍｅｓＤ．Ｔａｙｌｏｒ见证了电子技术从真空管发展到高速集成数字电路。他用一把计算尺获得了科学学士学位，并用穿孔卡片在ＦＯＲＴＲＡＮ语言上完成了ＣＤＣ大型计算机硕士论文。他曾在美国空军担任工程师的经历，显示他一直处于电子技术的前沿。 在高智商父母的祝福中，他成长在马里兰州华盛顿特区银泉市郊。作为美国农业部线虫学调查主管，他的父亲ＡｌｂｅｒｔＬ．Ｔａｙｌｏｒ引导他进入了科学的殿堂，让他不知疲倦地追寻万物工作的原因。他的母亲ＪｏｓｅｐｈｉｎｅＳ．Ｔａｙｌｏｒ是一名助理雷达工程师，在约翰霍普金斯大学应用物理实验室担任秘书和办公室主管。他的母亲激发了他对雷达的兴趣，并在早年让他学会了心算、盲打和清晰写作。 他的电子学知识来自于阅读Ｍａｒｃｕｓ和Ｍａｒｃｕｓ书籍《无线电元素》，以及后来为科学实验项目建造的无线电台和设备。他在弗吉尼亚军事学院获得电气工程学士学位。１９６３年毕业之后，他立即进入美国陆军服役，担任防空炮兵军官的职务。在美国陆军防空学校的两次轮训为他提供了雷达和制导导弹系统的理论和实践知识。在被分配到德国以及美国第１０１机械师之后，他于１９６８年被调入美国空军，担任电子研究和开发工程师的职务。 他的空军职业生涯始于在美国新墨西哥州霍洛曼空军基地中央惯导测试基地作为一名高速火箭滑轨测试项目工程师。他继续研究生学业，并在１９７７年获得俄亥俄州怀特帕特森空军基地美国空军技术学院控制理论硕士学位。他在美国空军航空电子实验室作为一名主管工程师的经历，让他接触到最先进的电子学概念和军事需求。他最后被任命为马萨诸塞州汉考斯空军基地美国空军电子系统部的一名远程技术规划主管，负责研究远程巡航导弹探测方案，并涉足超宽带雷达领域。 １９９１年退役之后，他开始提供超宽带雷达咨询服务。他为ＣＲＣ出版社撰写并编辑了《超宽带雷达系统》（１９９５年）和《超宽带雷达技术》（２０００年）。他的小说《信号追逐》显示了超宽带雷达在军事上应用的可能性。他曾在美国、苏格兰、意大利和俄罗斯讲授短期课程。他曾担任ＩＥＥＥ超宽带雷达委员会主席，并编辑了ＩＥＥＥ标准１６７２超宽带雷达定义。目前，他生活在佛罗里达州盖恩斯维尔，是一名工程师、咨询师和主编。 前言 如果我写了一本书，大学二年级的学生质疑我，傻瓜谴责我，教区牧师指责我的异端，酒商切断我的信用。那每个晚上我都祈祷，亲爱的上帝，请带我脱离写书的渴望。 Ｖｏｌｔａｉｒｅ（１６８５－１７７８） 超宽带雷达应用与设计历史 近２５年来，我一直关注超宽带（ＵＷＢ）雷达技术的发展。我的前两本专著《超宽带雷达系统导论》（ＣＲＣ出版社，１９９５年）和《超宽带雷达技术》（ＣＲＣ出版社，２０００年），介绍了超宽带雷达技术的最新发展状况、系统演示和理论。本以为我已经脱离了该领域，直到ＣＲＣ出版社的编辑问我是否修订从前的两本专著。认真审视了超宽带雷达技术的发展及其潜在的应用之后，决定撰写一本书，以介绍超宽带雷达的最新进展。 人们并不是购买技术，而是购买书中的技术所带来的好处。鉴于超宽带雷达的潜在好处，我相信超宽带雷达技术将继续演变，并随着更多实际应用领域的发现，而获得重视。从冲厕传感器到癌症探测器等应用的提议为雷达的潜在应用提供了一些思路。２００２年美国和欧盟辐射频谱标准的问世以及集成电路技术的发展，促进了超宽带雷达在安保和医药等领域的新应用。最后，我们可能在家用、公共场所、汽车、诊所、医院、飞机、军事和警务等领域发现超宽带雷达传感器的身影。 在本书中，会发现超宽带雷达的理论、应用和设计在现实中的样例，涵盖雷达精确测距在材料穿透、成像和医疗领域中应用的历史、政府法规、传播理论和样例等。读者会发现有关材料属性和传播理论方面的数据。 衷心感谢我的打字员，感谢他们配合我的大篇幅校订和修正。 本书概要 第１章超宽带雷达应用与设计导论由Ｊ．Ｄ．Ｔａｙｌｏｒ协会的ＪａｍｅｓＤ．Ｔａｙｌｏｒ撰写，总结了超宽带雷达的特点和优点。该章节首先给出一些定义，并介绍超宽带这一术语的演变史。ＩＥＥＥ和政府条例中给出的超宽带定义各有不同。读者会发现本书对这些定义进行了汇总，并指出各种定义之间的异同。过去２０年间出现了很多超宽带雷达著作，本书给出了一份有用书籍的清单。 要想理解超宽带雷达信号，需要转变大多数电子学书籍所涵盖的传统频域稳态分析的思维。超宽带信号的脉冲宽度小，因此需要在时域进行考虑和分析，从而把握瞬时效应。本章的最后部分总结了超宽带雷达的潜在应用领域。最后，本章描绘了一个理想的未来系统，该系统采用了所有最新的小目标探测技术。 第２章超宽带通信系统和雷达系统的发展由ＴｅｒｅｎｃｅＷ．Ｂａｒｒｅｔｔ撰写，介绍超宽带无线电和雷达的完整发展史。本章介绍对超宽带雷达基础理论和技术发展做出贡献的很多人，并给出了曾在２００１年《微波杂志》和《射频设计杂志》上发表文章的最新版本。此外，读者还将发现更多超宽带相关的参考书目。 第３章超宽带系统波形变换：起因和影响由莫斯科航空学院的ＩｇｏｒＹ．Ｉｍｍｏｒｅｅｖ撰写。Ｉｍｍｏｒｅｅｖ博士长年从事超宽带传播理论研究。超短（纳秒、皮秒）脉宽（或具有较短自动相关功能）的超宽带无线信号在发射和接收时会出现巨大的波形变化，这种情况在窄带信号上并不会出现。当超宽带信号的物理长度ｃ等于或短于辐射和接收的天线和／或雷达目标尺寸时，给出了信号波形如何在发射、接收和反射过程中发生变化。信号波形的变化不能采用传统的信号相关接收方法，需要采用新的信号处理方法。Ｉｍｍｏｒｅｅｖ博士开发了一种理论，展示了可以预测信号波形如何改变雷达系统特性的多种分析方法。这些变化需要一种新的雷达方程，仅采用表征雷达能量特性天线能量方向性因数和表征目标能量的雷达横截面（ＲＣＳ）。他还展示了天线发射和接收方向图如何变化，这意味着天线发射方向图与天线接收方向图不同，因此无法使用类似的可逆性原理。他在超宽带信号波形如何变化以及为什么变化方面的理论研究有助于优化系统设计，并发现具有丰富信息量信号的各种优点。 第４章美国及欧洲国家对于超宽带系统的有关规定由ＪａｍｅｓＤ．Ｔａｙｌｏｒ撰稿，简要介

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