连续波生物雷达生命体征检测平台与实验研究

为全面提高实践教学质量,基于当前生物雷达生命体征检测的研究热点,开发了一个低成本的连续波生物雷达生命体征检测平台,用于开展呼吸、心率的非接触式检测实验研究。该实验平台以人体为被测对象,搭载了生物雷达传感器,以MSP430F5529 LaunchPad为硬件基础,设计了雷达基带信号调理电路板,并利用MATLAB/LabVIEW进行体动信号的数据处理和分析,提取呼吸、心跳信号。实验内容涵盖模拟电路、单片机与嵌入式系统、信号与系统、数字信号处理等多门课程内容。基于该实验平台进一步开展非接触式呼吸、心跳检测在医疗诊断、家庭监护领域的应用研究和创新开发,培养学生的创新精神和综合能力。

基于硅基MEMS技术的三维集成宽带延时器

为满足宽带相控阵天线小型化需求,本文采用微电子机械系统(MEMS)三维异构集成技术,设计了一种宽带四位延时三维集成器。延时器工作频率覆盖8GHz~15GHz,器件内部集成了GaAs芯片、COMS芯片和固定延时器等电路,具有射频信号延时控制、增益补偿和电源同步调制等功能。器件尺寸为20mm×20mm×1.3mm,重量1.35g,背面为接地面,采用微组装粘接方式安装,输入输出端口通过键合线方式连接传输。测试结果表明,硅基延时器工作频段内延时波动量≤3ps,插入损耗≤22dB,端口驻波≤1.5,各延时位态幅度一致性≤±1dB。

海洋4A散射计幅相校正算法FPGA优化实现

海洋4A散射计将是世界上首个采用相控阵数字波束合成体制的星载微波散射计。其中,相控阵散射计高精度测量的实现依赖于散射计系统中各通道的一致性,因此需要实时对各通道的幅度和相位进行校正,以确保阵列能够正确地合成所需的波束。针对此问题,提出了一种相控阵散射计通道幅相实时校正算法,所提算法采用现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)实现,利用FPGA的并行处理能力和高速性能,对接收到的信号进行实时处理,实现了通道的幅度和相位校准。仿真、FPGA硬件调试以及实测数据分析表明,所提算法能够有效地对通道进行幅相校正,其校正的幅度和相位平均误差小于1%;所提算法提高了数字波束合成的性能,为相控阵散射计的高精度测量提供了可行性。

抗辐照波控单元设计与实现

在复杂的空间电磁环境下,电路受宇宙射线、单粒子的影响较大,因此器件的可靠性至关重要。反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)是以反熔丝为基本编程结构的一次性可编程器件,编程后状态不可翻转,具有非易失性、高保密性、高可靠性、抗辐照等优势,非常适用于航天航空等领域。本文给出一种基于国产反熔丝FPGA(RS422)的抗辐照波控单元设计方案,以国产反熔丝FPGA芯片为核心,给出系统电路的工作原理、实现框图,解决空间电磁环境下雷达阵面控制问题,并进行了相关实验。实验结果表明,在5 MHz波特率下,RS422传输延迟小于码元周期,且对144单元移相组件的布相时间小于500μs,达到设计指标要求。

基于AWR2944的车载角雷达设计

同摄像头和激光雷达相比,毫米波雷达可以在较低的成本下获得极高的分辨率,同时不受雨、雾、雪和光线等周围环境的影响。因此近年来,毫米波雷达在ADAS中的使用呈现了爆发式的增长,成为当前最流行的汽车传感器技术之一。本文介绍了一种基于TI的专用雷达SOC平台AWR2944的角雷达系统,该雷达安装在车身四角,可以提供ACC、AEB、BSD、LCA、RCTA、FCW等功能。本文还介绍了MIMO天线阵列、系统性能指标,以及具体的硬件实现方案,为雷达产品化提供高性价比的设计参考。

高功率纳秒级激光二极管高侧驱动电路

纳秒级高功率的激光发射系统对激光雷达的探测性能产生重要影响。本文对普遍使用的激光二极管低侧栅极驱动电路进行修改得到高侧栅极驱动方式,使之能够适用于共阴极激光发射电路。该高侧驱动方式采用了一个半桥驱动器,两个GaN FET作为核心器件来控制激光二极管的发光。文中分析了该拓扑结构中电压、电容、电阻、电感等因素对流经激光器电流波形的影响。经过实验测试,在高重复频率下该电路能够产生3.1 ns脉冲宽度,约65 W的峰值功率,能够作为激光雷达的发射模块对场景进行扫描成像。

基于国产FPGA+DSP的接收机设计

在车载雷达接收机系统中,通常需要将接收到的数据进行处理与存储。基于国产FPGA+DSP架构的电路设计,接收机电路模块集成了AD采集和RSSD盘存储两个单元,实现了信号处理与数据存储于一体的功能,提高了接收机的集成度。该接收机已应用于某车载雷达系统中,实现了16位分辨率的100 MHz以下中频信号的AD采集与数据处理,能够存储高达2 TB容量的数据,极大提高了车载雷达接收机系统的数据处理与存储一体化性能,整个电路模块的功耗仅为8 W,器件全部实现国产,主要芯片均由笔者所在单位自主研发。

汽车毫米波雷达数据采集系统设计

汽车盲点检测系统在高级驾驶辅助系统中扮演着至关重要的角色,其主要目的是检测车辆两侧及后方的盲区,帮助驾驶员规避潜在的危险。本文针对这一需求,设计并实现了一套基于毫米波雷达的数据采集系统。本文介绍了系统的实际需求、硬件架构设计、软件设计与实现,并结合MATLAB工具对系统进行了测试,验证了设计的有效性和可靠性,本文的研究成果为提升汽车盲点检测系统的性能提供了参考,具有较高的使用价值。

岸空双基地雷达时频同步电路设计

为了实现一款岸空双基地全相参雷达,必须实现收发双端之间的时频同步,双基地全相参雷达的时频同步分为两部分,一部分为时间同步,即确保发射信号与本振信号同时产生并拥有相同时序;另一部分为同步时钟源,即确保生成发射信号与本振信号的DDS具有同频同相的参考时钟。提出了一种使用卫星同步脉冲驯服本地高稳恒温晶振的时钟同步方案,该方案采用可以同时输出两路时间脉冲的授时芯片,一路输出秒脉冲实现双站之间的时间同步,一路输出兆赫兹的方波脉冲驯服本地高稳恒温晶振以实现双站之间的同步时钟源。时间同步使双端信号的时序误差小于系统指标要求的1μs;同步时钟源使驯服后的本地时钟具有小于22 ns的同步精度,接近于GPS芯片20 ns的授时精度,与在FPGA内采用秒脉冲鉴相相比,提高了鉴相器的鉴相频率,因此拥有更短的驯服时间,并且不依赖于FPGA芯片,节约成本的同时使系统模块化。

调频连续波激光雷达及数据采集信号链噪声分析

在调频连续波激光雷达中,用于中频信号采集的模拟-数字采集模块是其关键组件,信噪比、信纳比、无杂散动态范围等参数是衡量该数据采集信号链交流特性的重要指标,直接决定着调频连续波激光雷达的探测范围和测距精度等性能。设计了用于调频连续波激光雷达的中频信号采集模块,获得49.13 dB的信噪比和48.90 dB的信纳比;然后研究了其噪声特性,获得系统的主要噪声来源为采样时钟的相位噪声,并且通过引入数字滤波器将信噪比和信纳比分别提升11.38 dB和11.32 dB,理论上激光雷达的探测范围提高3.7倍。可通过采用专业时钟芯片降低噪声,经计算可将信噪比提高8.65 dB;最后,搭建了光学相控阵调频连续波激光雷达系统,验证了数据采样模块的有效性,完成了40 m距离的探测,最大测量误差为7.7 cm,最大探测范围为133.67 m。

基于多层结构的宽阻带SIW带通滤波器

近年来,多层结构的基片集成波导(SIW)带通滤波器因其结构紧凑的优点得到研究者们的青睐,与此同时,阻带带宽窄的缺点又阻碍了滤波器的发展。为了提升滤波器的阻带性能,提出一种基于多层结构的宽阻带SIW带通滤波器。将滤波器的内外耦合窗口设置在模式的最弱电场处,从本质上抑制该模式。同时引入电磁混合耦合理论,分析特定模式的电磁分布情况,并根据HFSS软件提取的耦合系数设计耦合孔径的大小和位置,实现对特定模式的抑制。仿真结果显示可以完全抑制谐振频率低于TE_(303)模以内的所有高次模。实际加工并测量了该滤波器,中心频率为5.9 GHz,相对带宽为2.54%,阻带可以延伸至17.42 GHz (2.95f_(0),f_(0)为滤波器中心频率),且带外抑制优于28 dB,仿真和测量结果显示两者吻合度较好。与其他SIW滤波器相比,该方法设计简单、带宽可调、阻带更宽,易于应用到实际的微波通信系统中,具有潜在的应用价值。

局部阈值自适应的地面点云分割

为了进一步提高自动驾驶感应模块中激光雷达点云地面分割算法的分割精度,提出一种基于种子点距离阈值和路面波动加权幅值自适应的地面点云分割算法。该算法在极坐标栅格地图划分的基础上,将种子点的选取判断阈值与二维平面的水平距离特征相关联,通过点云间的水平距离变化控制种子点集的更新;在道路模型拟合过程中,为解决斜坡路面模型更新停滞问题引入坡度连续性判断准则,根据路面波动加权幅值的变化建立点云的分割阈值方程,最终实现关于点云距离特征的自适应阈值分割。对开源数据集Semantic KITTI进行点云二分类数据处理,并在此基础上测试算法性能。实验结果表明:与现有算法相比,本文所述地面分割算法的精确率和召回率均提升了2%~4%,具有较高的准确性。

基于扇形枝节的Ka波段带通滤波器设计

【目的】在通信系统中,滤波器对滤除带外信号有着重要的作用。对于传统的平行耦合线滤波器和发夹线滤波器来说,存在体积较大以及寄生通带的问题。【方法】使用微带扇形枝节设计出一个小尺寸Ka波段带通滤波器。首先针对扇形枝节结构进行分析计算,然后使用全波三维电磁仿真软件对滤波器进行建模仿真,并通过调整扇形枝节的半径和角度等参数,对初始模型进行优化改进。最后使用RO5880基板对滤波器进行加工。【结果】实际测试得到滤波器中心频率约36.9 GHz,带宽约为4.57 GHz,达到了设计指标。【结论】本设计相较于同频段的平行耦合线滤波器占用更小的体积,且在低频段对带外信号的抑制效果更好。

微波液晶相控阵波束扫描控制器研究

液晶相控阵是一种新型相控阵,其核心器件是360°移相角电控液晶移相器,而控制液晶移相器的关键部件是偏压波控驱动器。目前,液晶相控阵波束扫描控制方案主要集中在光学、太赫兹和毫米波等领域,鲜有在微波段的研究。针对液晶相控阵需求,提出了一种微波段液晶移相量与偏置电压关系的计算模型,设计了相应的波束扫描控制系统,并进行了静态指标测试与系统联试。静态测试结果表明,研制的液晶相控阵波束扫描偏压驱动器电压调控范围为0~30 V,电压步进粒度为7.3 mV,输出频率误差小于1 Hz,驱动数据刷新频率大于100 Hz,达到了预期目标,为液晶相控阵实现提供了技术支撑。在系统联试中,液晶相控阵在波控器的控制下波束扫描范围可达±45°。在典型频率下,天线阵波束偏转角度精确,进一步验证了波束控制系统的正确性。

一种基于多模谐振器的高阻带和高隔离度紧凑型双工器设计

本文提出并实现了一种基于多模谐振器的高阻带和高隔离度紧凑型双工器。我们采用加载分支节结构的多模谐振器作为共模谐振器来设计该双工器,该多模谐振器同时也可替换传统匹配网络实现阻抗匹配。多模谐振器的谐振频率可以独立调节,因此该设计该双工器中心频率的方法非常灵活。该双工器具有体积小、工作带宽宽、输入输出阻抗匹配良好,插入损耗低,高隔离度等优点。

动与静目标双重检测的手势检测方案及硬件设计

基于超声波的手势识别系统中引入手势检测方案一方面可以在无手势的时候不执行高复杂度的识别运算,有效地降低功耗;另一方面还可以分割出有效时间片段,提高手势识别的精度。为提升手势识别系统的性能,提出了一种手势检测方案并且以硬件实现了相应功能。采用动目标与静目标双重检测以及杂波图技术,提供手势识别系统在低功耗的检测模式以及高精度运算的识别模式间切换的条件,实现对环境静态杂波的跟踪和滤除,同时解决了传统单纯动目标检测在连续手势操作时存在的漏检问题。本方案由检测模式向识别模式切换的漏警率为0,识别模式向检测模式切换的虚警率为2%,模式切换的响应时间为733.47 ns。

舰船导航雷达远距离探测能力优化方法

为了提升舰船雷达远距离探测能力,更好保障舰船远距离航行任务顺利完成,提出舰船导航雷达远距离探测能力优化方法。基于扫描机制与面阵接收技术对舰船导航雷达架构实施合理设计,并在舰船导航雷达光学接收模块使用改进小波阈值法、中值滤波以及经验模态分解(EMD)算法,混合滤波接收到的舰船导航雷达回波信号,提升舰船导航雷达回波信号质量,实现舰船导航雷达远距离探测能力优化。结果表明,应用该方法能够优化舰船导航雷达远距离探测能力,相同量程下,可更好探测与呈现舰船航行过程中的远距离目标。

相控阵测控系统瓦式一体化T/R组件设计

T/R组件作为相控阵测控系统的核心部件,其性能好坏直接决定了相控阵测控系统的效能表现。针对传统相控阵测控系统中采用的砖式T/R组件设计存在的集成度低、尺寸大、功耗高、安装复杂、后期维护性差等问题,设计了一种新型瓦式一体化T/R组件。该型T/R组件通过多层不同功能模块的瓦片式层叠和盲插互联结构实现了T/R组件高度的集成化、良好的散热性以及优异的安装维护性能。随着相控阵测控系统的通道数越来越多,集成度越来越高,新型瓦式一体化T/R组件的工程优异性也将会更加明显。

一种星载功放调制电源设计

针对某星载功放调制电源支持连续和脉冲输出两种工作模式,具有负压故障停止功放供电的特殊功能要求,采用了一种以宇航级DC/DC模块作为核心器件,外围辅以浪涌抑制电路、遥控电路、EMI滤波电路、输出调制电路的设计方案。通过实物测试和改进,该功放调制电源能够连续稳定输出,也可以脉冲输出(脉宽为3.5 s、10 s),连续输出时效率大于82%,纹波小于30 mV。同时,针对星载使用条件,采用抗辐照、高可靠性设计。目前该电源已在轨成功工作,为星载功放调制电源的研发提供了很好的设计参考。

温度波动对LED显示屏白平衡主要参数及图像色调的影响

LED显示屏的图像显示质量一直是显示行业内重点关注的问题,而LED显示屏的白平衡参数决定了其复现和还原的显示图像的亮度和色调,是影响图像显示质量的重要因素。一般情况下,显示屏的白平衡由红、绿、蓝三基色的亮度配平比例确定,而且该配平比例相对稳定;但是对于LED的各个基色来说,环境因素的变化会引起基色参量的变化,从而导致显示屏白平衡的漂移,严重影响图像显示质量。本文基于色度学理论和LED显示特性,构建了特定LED显示颜色空间模型;并在设定颜色空间探究不同温度环境各个基色仅在亮度变化条件下对白平衡参数的影响,重点研究了在温度波动条件下白平衡的漂移规律以及显示图像产生的色调的畸变情况;通过归纳不同波动参数定量分析温度变化对LED显示屏白平衡主要参数的影响,为高清LED显示控制系统提供较有价值的图像修正理论依据,有助于提升高端LED显示产品的显示质量。