论文部分内容阅读
现代战争和未来战场上，巷战已不可避免，尤其在区域性冲突和反恐斗争中，它将成为战争的主体样式。在巷战中，双方往往利用各类地形，如地堡、沟壕、废砖墙等进行隐蔽，在交火过程中占据主动权，极大地提高了作战效力。因此，详细而又全面地侦察作战环境至关重要，研制适合城市作战、能够穿墙越障，监测和定位隐藏目标的穿墙雷达系统势在必行。
研究现状
穿墙探测雷达的研究兴起于20世纪90年代，经过十几年的发展，开发出了多种穿墙探测的技术手段，研制了多种试验样机，其中两大类产品已进入初步实用阶段。
一类是利用雷达生命特征信号监测技术的“生命信号监测仪”。如美国GTRI研制出了一种手电筒式“Radar Flashlight”，利用多普勒原理，遥测墙另一侧的运动，比如人的心跳和呼吸速率，从而探测位于墙壁、房门、树丛后的人员。该雷达既可以探测到房间内部的运动对象，也可以探测到静止对象，但前者的作用距离比后者远得多。该装置目前仅能固定使用，还不能在运动中使用。类似的系统还有俄罗斯遥感实验室设计的RASCAN，其工作频率范围为l赫兹～10G赫兹，波长3～30厘米，可以远距离探测到10厘米厚混凝土墙后的人员。
另一类是利用超宽带原理的穿墙探测雷达。那么，什么是超宽带技术(UWB：UltraWideBand)呢?它是1960年作为军用雷达技术被开发出来的。一般来说，雷达波长越长，越容易穿透墙。带宽越宽，距离分辨率越高。比如说，战场上用的毫米波雷达，带宽宽，能够分出单个的人员，但它不能穿透墙；军舰和飞机上雷达采用的是分米波、厘米波，虽然能穿透墙，但它们不是超宽带，只能区分间隔十几米甚至上百米的目标，用于穿墙雷达就分不清是人还是墙，甚至分不清目标在墙那边还是这边。因此研究者把二者结合起来，采用1赫兹～10G赫兹的宽带收发电磁波信号技术，通过发射极短暂的脉冲信号，接收和分析反射回来的脉冲信息，得到被检测对象的信息。具体工作时，由发射单元产生超宽带信号，通过发射天线将超宽带信号发送出去，经墙体反射和折射衰减后到达目标，目标再反射信号原路返回到接收天线，而后经同步采样，放大接收到的信号后，送图像信号处理单元进行数字图像处理，最后显示单元显示一个方位和距离的二维图像。
美国Time Domain公司研制出了供执法部门使用的“雷达视力2000”，以及供军事部门使用的“士兵视力”雷达。工作时，雷达依靠硅－锗专用集成电路构成的时间芯片发射和接收脉冲，并由相关芯片将脉冲积聚成波形，经处理器分析后，显示器以红色暗影的形式将墙壁另一侧目标显示出来。该雷达可以穿透几种不同的墙壁，作用距离10米。
此外，美国休斯先进电磁技术研究中心开发的“2-D Concrete Penetration Radar”工作于L波段的低频端，也具有较强的穿透能力。
我国研究穿墙探测雷达起步较晚，开展该方面工作比较早的是青岛二十二所、国防科技大学、西安电子科技大学等单位，但多处于探索研究阶段，在市场上没有形成正式产品。
近年来，江苏北方湖光光电公司在超宽带技术领域发展迅速，超宽带雷达技术研究处于国内领先地位。公司专门投资900多万建立了设施一流的专业超宽带实验室和实验设备，包括数字存储示波器、矢量网络分析仪、脉冲码形发生器及频谱仪、各类中高档信号源、稳压电源，实验工具也一应俱全，为项目的研制打下了坚实的基础。同时公司建立了一支高效的科研队伍，在超宽带领域已经有了多年研究，研制出了一维、二维穿墙探测雷达，并实现了产业化，取得了良好的经济效益：在三维穿墙雷达方面已经开展了三维成像模型研究，初步建立了一套成像算法，并在接收、发射和信号处理方面进行了充分研究，在原理上实现了三维穿墙成像探测。
产品概况
TDR-6000穿墙探测雷达是湖光光电公司在三年时间内研制而成的隔墙侦察雷达，采用最新的超宽带技术，能穿透各类障碍物，如砖墙、木墙、废墟等，对隐蔽在障碍物后的人体目标进行二维(方位一距离)精确探测并显示，实时掌握所需探测区域内人体目标的具体位置。工作原理
总体组成穿墙探测雷达系统主要由超宽带的接收系统、发射系统、信号处理系统、成像软件系统、收发天线等几部分组成。
基本探测原理天线发射电磁波，穿透墙体后遇到反射物体的回波被天线接收，根据电磁波的传播时间可以测量出反射物的距离。该系统与普通雷达不同，由于体积小，带宽宽，所以采用两个接收天线。当发射天线发出电波以后，碰到目标产生回波，根据回波到其中一个接收天线的时间计算出距离。距离一定，就能以发射天线与接收天线为焦点画出一个椭圆，目标就在这个椭圆线上。同理，根据回波到接收天线2的时间计算出另一个距离信息，画出另一个椭圆，最终两个椭圆相交得到目标的准确方位(见图)。
带宽选择超宽带的常规定义为：带宽因子h＞25％或带宽(BW)大于1.5G赫兹。从超宽带定义不难看出，UWB的首要特征就是大的百分比带宽，因此它能够突破窄频段吸波材料的吸波效应：其次，UWB信号的波长较长，因此具有较强的穿透性，能够穿透植被、土壤和墙壁等。超宽带雷达因其高距离分辨率、强抗干扰能力、低截获率等优异的性能受到越来越多的关注。该系统的带宽为0.8G～3G赫兹，满足超宽带定义。在选择带宽时我们考虑了以下几方面因素。
——探测精度。系统探测精度与带宽成正比。因此带宽越宽，探测精度越高。
——穿透能力。系统的穿透能力与低频信号有关，频率越低，穿透性越好。
——系统体积大小。由于该雷达是为单兵作战而设计，系统体积必须满足单兵携带要求，整个系统的体积主要由三个收发天线决定，而天线的口径与信号频率有关，频率越低口径越大，因此我们把低频信号控制在0.8G赫兹左右，目前整个雷达的体积为550毫米×370毫米×180毫米。
实际运用和发展
项目组一共完成了三轮样机和最终的工程样机。2006年11月，武警特警学院对第三轮样机进行了试用，同年12月西安陕西武警总队第五支队也进行了部队试用。部队官兵通过操作该雷达产品后，给予了较高评价：“穿墙探测雷达能够穿透建筑物体，侦察墙后目标并精确定位，实现隐蔽侦察，实时掌握现场动态，穿墙探测雷达系统采用的技术路线正确，设计合理，方案可行，技术性能可满足部队使用的需求”。
我们又将TDR-6000与国外代表性产品——美国TimeDomain公司的SoldierVision和英国的Prism200产品进行了全面对比(见附表2)：它比Soldiervision穿墙成像雷达的穿透性能更强，成像精度更高，功耗更小，性价比更高；比Prism 200对目标实时成像快，探测距离更远，穿透力更强。
经过上述试验和部队试用后，研制成功的TDR-6000穿墙探测雷达将在以下领域得到应用。
反恐探测罪犯是否在屋内，避免盲目地破门而入，为武警、公安等执法人员的安全提供保障。
城市巷战透视掩体、隔壁房间中的敌人，探测人员数目和位置，为指挥员和士兵提供实时的环境情报，知己知彼，百战百胜。
废墟救援穿透废墟，探测是否有被困者埋在废墟下及具体位置，提高救援效率。
2008年5月，北京公安局特警大队购买了一台穿墙探测雷达，用于奥运安保任务。
5·12汶川大地震后，公司派出技术小组携带5台穿墙探测雷达随海军陆战队参加搜救工作。在汉旺镇，穿墙探测雷达参与了整个搜救工作，海军援救技术分队使用穿墙探测雷达在废墟中进行生命探测，运用效果良好，得到了现场指挥部和武警消防部队的认可。
[编辑 何 懿]
研究现状
穿墙探测雷达的研究兴起于20世纪90年代，经过十几年的发展，开发出了多种穿墙探测的技术手段，研制了多种试验样机，其中两大类产品已进入初步实用阶段。
一类是利用雷达生命特征信号监测技术的“生命信号监测仪”。如美国GTRI研制出了一种手电筒式“Radar Flashlight”，利用多普勒原理，遥测墙另一侧的运动，比如人的心跳和呼吸速率，从而探测位于墙壁、房门、树丛后的人员。该雷达既可以探测到房间内部的运动对象，也可以探测到静止对象，但前者的作用距离比后者远得多。该装置目前仅能固定使用，还不能在运动中使用。类似的系统还有俄罗斯遥感实验室设计的RASCAN，其工作频率范围为l赫兹～10G赫兹，波长3～30厘米，可以远距离探测到10厘米厚混凝土墙后的人员。
另一类是利用超宽带原理的穿墙探测雷达。那么，什么是超宽带技术(UWB：UltraWideBand)呢?它是1960年作为军用雷达技术被开发出来的。一般来说，雷达波长越长，越容易穿透墙。带宽越宽，距离分辨率越高。比如说，战场上用的毫米波雷达，带宽宽，能够分出单个的人员，但它不能穿透墙；军舰和飞机上雷达采用的是分米波、厘米波，虽然能穿透墙，但它们不是超宽带，只能区分间隔十几米甚至上百米的目标，用于穿墙雷达就分不清是人还是墙，甚至分不清目标在墙那边还是这边。因此研究者把二者结合起来，采用1赫兹～10G赫兹的宽带收发电磁波信号技术，通过发射极短暂的脉冲信号，接收和分析反射回来的脉冲信息，得到被检测对象的信息。具体工作时，由发射单元产生超宽带信号，通过发射天线将超宽带信号发送出去，经墙体反射和折射衰减后到达目标，目标再反射信号原路返回到接收天线，而后经同步采样，放大接收到的信号后，送图像信号处理单元进行数字图像处理，最后显示单元显示一个方位和距离的二维图像。
美国Time Domain公司研制出了供执法部门使用的“雷达视力2000”，以及供军事部门使用的“士兵视力”雷达。工作时，雷达依靠硅－锗专用集成电路构成的时间芯片发射和接收脉冲，并由相关芯片将脉冲积聚成波形，经处理器分析后，显示器以红色暗影的形式将墙壁另一侧目标显示出来。该雷达可以穿透几种不同的墙壁，作用距离10米。
此外，美国休斯先进电磁技术研究中心开发的“2-D Concrete Penetration Radar”工作于L波段的低频端，也具有较强的穿透能力。
我国研究穿墙探测雷达起步较晚，开展该方面工作比较早的是青岛二十二所、国防科技大学、西安电子科技大学等单位，但多处于探索研究阶段，在市场上没有形成正式产品。
近年来，江苏北方湖光光电公司在超宽带技术领域发展迅速，超宽带雷达技术研究处于国内领先地位。公司专门投资900多万建立了设施一流的专业超宽带实验室和实验设备，包括数字存储示波器、矢量网络分析仪、脉冲码形发生器及频谱仪、各类中高档信号源、稳压电源，实验工具也一应俱全，为项目的研制打下了坚实的基础。同时公司建立了一支高效的科研队伍，在超宽带领域已经有了多年研究，研制出了一维、二维穿墙探测雷达，并实现了产业化，取得了良好的经济效益：在三维穿墙雷达方面已经开展了三维成像模型研究，初步建立了一套成像算法，并在接收、发射和信号处理方面进行了充分研究，在原理上实现了三维穿墙成像探测。
产品概况
TDR-6000穿墙探测雷达是湖光光电公司在三年时间内研制而成的隔墙侦察雷达，采用最新的超宽带技术，能穿透各类障碍物，如砖墙、木墙、废墟等，对隐蔽在障碍物后的人体目标进行二维(方位一距离)精确探测并显示，实时掌握所需探测区域内人体目标的具体位置。工作原理
总体组成穿墙探测雷达系统主要由超宽带的接收系统、发射系统、信号处理系统、成像软件系统、收发天线等几部分组成。
基本探测原理天线发射电磁波，穿透墙体后遇到反射物体的回波被天线接收，根据电磁波的传播时间可以测量出反射物的距离。该系统与普通雷达不同，由于体积小，带宽宽，所以采用两个接收天线。当发射天线发出电波以后，碰到目标产生回波，根据回波到其中一个接收天线的时间计算出距离。距离一定，就能以发射天线与接收天线为焦点画出一个椭圆，目标就在这个椭圆线上。同理，根据回波到接收天线2的时间计算出另一个距离信息，画出另一个椭圆，最终两个椭圆相交得到目标的准确方位(见图)。
带宽选择超宽带的常规定义为：带宽因子h＞25％或带宽(BW)大于1.5G赫兹。从超宽带定义不难看出，UWB的首要特征就是大的百分比带宽，因此它能够突破窄频段吸波材料的吸波效应：其次，UWB信号的波长较长，因此具有较强的穿透性，能够穿透植被、土壤和墙壁等。超宽带雷达因其高距离分辨率、强抗干扰能力、低截获率等优异的性能受到越来越多的关注。该系统的带宽为0.8G～3G赫兹，满足超宽带定义。在选择带宽时我们考虑了以下几方面因素。
——探测精度。系统探测精度与带宽成正比。因此带宽越宽，探测精度越高。
——穿透能力。系统的穿透能力与低频信号有关，频率越低，穿透性越好。
——系统体积大小。由于该雷达是为单兵作战而设计，系统体积必须满足单兵携带要求，整个系统的体积主要由三个收发天线决定，而天线的口径与信号频率有关，频率越低口径越大，因此我们把低频信号控制在0.8G赫兹左右，目前整个雷达的体积为550毫米×370毫米×180毫米。
实际运用和发展
项目组一共完成了三轮样机和最终的工程样机。2006年11月，武警特警学院对第三轮样机进行了试用，同年12月西安陕西武警总队第五支队也进行了部队试用。部队官兵通过操作该雷达产品后，给予了较高评价：“穿墙探测雷达能够穿透建筑物体，侦察墙后目标并精确定位，实现隐蔽侦察，实时掌握现场动态，穿墙探测雷达系统采用的技术路线正确，设计合理，方案可行，技术性能可满足部队使用的需求”。
我们又将TDR-6000与国外代表性产品——美国TimeDomain公司的SoldierVision和英国的Prism200产品进行了全面对比(见附表2)：它比Soldiervision穿墙成像雷达的穿透性能更强，成像精度更高，功耗更小，性价比更高；比Prism 200对目标实时成像快，探测距离更远，穿透力更强。
经过上述试验和部队试用后，研制成功的TDR-6000穿墙探测雷达将在以下领域得到应用。
反恐探测罪犯是否在屋内，避免盲目地破门而入，为武警、公安等执法人员的安全提供保障。
城市巷战透视掩体、隔壁房间中的敌人，探测人员数目和位置，为指挥员和士兵提供实时的环境情报，知己知彼，百战百胜。
废墟救援穿透废墟，探测是否有被困者埋在废墟下及具体位置，提高救援效率。
2008年5月，北京公安局特警大队购买了一台穿墙探测雷达，用于奥运安保任务。
5·12汶川大地震后，公司派出技术小组携带5台穿墙探测雷达随海军陆战队参加搜救工作。在汉旺镇，穿墙探测雷达参与了整个搜救工作，海军援救技术分队使用穿墙探测雷达在废墟中进行生命探测，运用效果良好，得到了现场指挥部和武警消防部队的认可。
[编辑 何 懿]