CN203069781U - 基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，包括测试板、示波器、上位机，所述测试板上集成有信号发射器件、信号接收器件、发射天线和接收天线，信号源将信号发射给信号发射器件，信号发射器件将信号分别传输给发射天线和信号接收器件，接收天线接收发射天线发射后被待测物反射回来的信号，接收天线将信号传输给信号接收器件，信号接收器件与数字示波器连接，示波器与上位机通信。本实用新型减少了对示波器的人为操作次数，减轻了对示波器的磨损，能够灵活添加新的信号处理算法及成像计算功能，提高了算法及器件分析测试的效率。

Description

基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置

技术领域

本实用新型涉及超宽带成像研究领域，尤其涉及一种基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置。

背景技术

目前在对超宽带成像技术进行研究过程中，对示波器一般需要手动设置各种参数，反复对示波器进行手动设置容易造成示波器的磨损，不利用对示波器的保护。

现有的示波器内置有滤波等简单的信号处理方法，但是这些方法无法集成到测试装置中，而且也难以满足超宽带信号处理的需求。

现有技术并没有将信号发射器件、信号接收器件、发射天线与接收天线集成到一个测试板上，而且现有技术不能灵活的实现测试板上元器件的更改。

现有的测试装置仅可以通过示波器的显示屏查看接收信号，无法对接收信号进行实时的处理，而且示波器本身无法对信号进行复杂的成像计算，为了实现图像的显示，只能通过移动存储设备将信号重新存储到上位机进行计算和分析。

对于多路回波信号的高分辨率成像，现有的距离补偿方法一般在图像处理环节中进行，但是图像距离补偿的运算量巨大，会影响成像的速度，而在信号中进行补偿存在对杂波信号补偿所带来的困扰，对整个目标信号距离补偿，在放大目标信号的同时，也会极大地放大远端目标信号附近的微弱杂波噪声，导致目标有效信号淹没在杂波噪声干扰里，补偿后的效果将变得更糟。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供了一种基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，它具有提高分析效率、减少对仪器的磨损、成像效果好的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，包括测试板、示波器、上位机，所述测试板上集成有信号发射器件、信号接收器件、发射天线和接收天线，信号源将信号发射给信号发射器件，信号发射器件将信号分别传输给发射天线和信号接收器件，接收天线接收发射天线发射后被待测物反射回来的信号，接收天线将信号传输给信号接收器件，信号接收器件与数字示波器连接，示波器与上位机通信。

所述信号发射器件是定向耦合器。

所述信号接收器件包括放大器、功分器、低噪声放大器、混频器，信号接收器件的放大器接收定向耦合器的信号，放大器的信号传输给功分器，功分器的信号传输给混频器，低噪声放大器接收接收天线的信号并将信号传输给混频器，混频器将功分器传输过来的信号与低噪声放大器传输过来的信号进行混频后传输给示波器。

所述示波器用于采集测试板信号接收器件输出的信号，进行高精度AD转换。

所述示波器通过LAN或USB线与上位机连接。

所述示波器与上位机之间通过VISA通信协议进行通信。

上述装置的测试方法，主要分为如下步骤：

步骤（1）：开始，首先确认LAN或者USB线连接了上位机与示波器；上位机通过VISA通信协议确认示波器的通信协议地址被搜索到，至此表示上位机与示波器能够通信；

步骤（2）：打开上位机人机界面软件，执行VISA连接示波器命令，确定连接完成；

步骤（3）：设置示波器的相关参数，所述相关参数包括采集数据长度、采样率、带宽、采集数据次数、通道选择；

步骤（4）：判断参数设置是否成功，如果设置成功则上位机显示第一路的信号波形，如果设置失败则不显示波形，然后进行线路检测，根据提示排除问题，排除问题后返回步骤（3）；

步骤（5）：开始采集数据，上位机将已经设置的示波器参数传送给示波器，示波器执行采集数据命令；

步骤（6）：示波器采集一组信号数据，保存；

步骤（7）：判断数据采集的次数是否达到已设置的值，如果是就进入步骤（8）；否则返回步骤（6）；

步骤（8）：对达到采集次数的数据依次进行信号处理，图像处理；信号处理结束后，上位机显示信号处理之后的信号波形；图像处理结束后，上位机显示最终所成的图像；

步骤（9）：判断是否停止采集，如果是则停止采集，结束；否则返回步骤（6）。

所述步骤（8）的具体步骤为：

步骤（8-1）：中值滤波；

步骤（8-2）：均值滤波；

步骤（8-3）：时域门处理；

步骤（8-4）：目标提取，采用峰值检测方法获得满足实际要求的信号为目标信号；

步骤（8-5）：目标信号距离补偿算法；

步骤（8-6）：结束。

所述步骤（8-5）的具体步骤为：

步骤（8-5-1）：确定一个距离临界值μ，作用是当传播路径大于此临界值才进行距离补偿，否则不进行补偿；

步骤（8-5-2）：目标信号距离补偿公式为：

$Y\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{org}}\left(t\right)& L\≤\mathrm{\μ}\\ Y_{\mathrm{org}}\left(t\right)*{\left(\frac{L}{\mathrm{\μ}}\right)}^2& L>\mathrm{\μ}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：Y_org(t)是没有补偿的原信号幅度;

Y(t)是获得距离补偿之后的信号幅度。

L是由每个信号点对应的时刻t计算得到的传播路径，计算公式是L=C*t，C为电磁波的传播速度。

当L小于等于临界值μ时不对当前信号点进行补偿，当L大于临界值μ时，将当前信号点的幅值乘以当前点的传播路径L与临界值比值的平方作为新的信号幅值。

信号补偿时先自动提取信号特征，仅对目标信号进行距离补偿，而非单纯按照距离对所有信号补偿，避免杂波噪声被错误地放大。

所述步骤（8-5-1）的具体步骤为：

步骤（8-5-1-1）：不考虑墙体因素，目标与发射天线、接收天线的关系满足椭圆方程：

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1---\left(2\right)$

式中：探测区域中目标的坐标是（x，y）；

a是椭圆长轴的一半；

b是椭圆短轴的一半。

其中：L=2a，d_i=2c，b²=a²-c²，L=L_i+L₀

a-c≤L₀≤a+c（3）

$\frac{{L-d}_i}{2}\≤L_0\≤\frac{{L+d}_i}{2}---\left(4\right)$

式中：L是从发射天线到目标然后由目标反射回接收天线的整个传播路径；

L₀是发射天线到目标的距离；

L_i（i=1,…,n）是目标到第i路接收天线的距离；

第i路接收天线到发射天线的距离为d_i；

c是椭圆焦距的一半。

步骤（8-5-1-2）：第i路接收天线的接收功率密度公式为：

${\mathrm{\ρ}}_i=\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\δ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2{L}_i^2{L}_0^2}---\left(5\right)$

因为L=L_i+L₀可得

${\mathrm{\ρ}}_i=\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\δ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2{[-{(L_0-\frac{L}{2})}^2+\frac{L^2}{4}]}^2}---\left(6\right)$

其中：P_t是发射天线的发射功率；G_t是发射天线的增益；G_r是接收天线的增益；δ是目标散射的截面积。

步骤（8-5-1-3）：由（4）和（6）可以得到：

$\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\δ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2}*\frac{16}{L^4}\≤{\mathrm{\ρ}}_i\≤\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\δ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2}*\frac{16}{{(L^2-{d_i}^2)}^2}---\left(7\right)$

定义接收功率密度的最大值为： ${\mathrm{\ρ}}_{\max }=\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\δ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2}*\frac{16}{{(L^2-{d_i}^2)}^2}$

定义接收功率密度的最小值为：

定义误差率Δ为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\max }-{\mathrm{\ρ}}_{\min }}{{\mathrm{\ρ}}_{\min }}---\left(8\right)$

在发射天线、接收天线性能已知的情况下，Δ与L及di有关。令μ作为补偿的距离临界值，当L>μ时，Δ足够小，此时可认为L>>di，pmax=pmin，据此根据Δ取值确定μ的值。

所述步骤（8-5-2）的具体步骤为：

步骤（8-5-2-1）：当L<=μ时,在近场不需要距离补偿；

当L>μ时，由（5）可知发射天线的发射功率为：

$P_t=\frac{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2{L_i}^2{L_0}^2{\mathrm{\&rho;}}_i}{G_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}---\left(9\right)$

定义发射功率系数：

$q=\frac{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2{L_i}^2{L_0}^2}{G_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}---\left(10\right)$

因此假设远场任一点的传播路径为L，则任一点的发射功率系数与传播路径为μ时的发射功率系数之比为：

$Q_p=\frac{q_L}{q_{\mathrm{\&mu;}}}=\frac{{L_i}^2{L_0}^2}{{{\mathrm{\&mu;}}_i}^2{{\mathrm{\&mu;}}_0}^2}---\left(11\right)$

式中：μ_i是当传播路径为μ时目标到第i路接收天线的距离，

μ₀是当传播路径为μ时发射天线到目标的距离。

步骤（8-5-2-2）：

根据信号功率与信号幅度的关系可知，远场任一点与传播路径为μ时点的幅度补偿系数之比为：

$Q_U=\frac{L_i{L}_0}{{\mathrm{\&mu;}}_i{\mathrm{\&mu;}}_0}---\left(12\right)$

因远场任一点L>μ，所以Δ足够小，此时可认为L>>di，可以得到：

$L_0=L_i=\frac{L}{2}$

${\mathrm{\&mu;}}_0={\mathrm{\&mu;}}_i=\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}$

因此补偿系数为

$Q_U=\frac{{\left(\frac{L}{2}\right)}^2}{{\left(\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\right)}^2}={\left(\frac{L}{\mathrm{\&mu;}}\right)}^2---\left(13\right)$

最终得到对信号进行距离补偿的公式为：

$Y\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{org}}\left(t\right)& L\&le;\mathrm{\&mu;}\\ Y_{\mathrm{org}}\left(t\right)*{\left(\frac{L}{\mathrm{\&mu;}}\right)}^2& L>\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.---\left(1\right)$

本实用新型的工作原理：

发射信号穿透墙壁后遇到目标物或者障碍物会反射回来，再次穿透墙壁后由接收天线接收，两次穿透墙壁导致目标信号强度衰减很大。目标物或障碍物距离天线越远则衰减越大，而目标物电磁波反射特性越弱，目标信号强度也会越弱。为了克服目标信号随着距离增大衰减变大的问题，通常在图像处理时需要根据距离远近对探测区域的每个像素点进行距离补偿。对于多路回波信号的高分辨率成像，在图像处理中进行距离补偿时运算量会非常大。因此从信号处理的角度提出解决目标信号随距离变远而衰减变大的问题，选择在回波信号中进行距离补偿。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型应用在超宽带回波信号分析与研究方面，可以提高分析效率，减少对示波器的人为操作次数，从而减缓对仪器的磨损，实现了维护示波器的作用；通过上位机既可以实现对示波器参数的设置及信号采集，又实现了对信号实时分析和实时成像显示。避免了反复调节示波器按钮的麻烦，显示方式更加直观有效。

2.本实用新型通过将定向耦合器、放大器、功分器、低噪放、混频器、发射天线、接收天线集成到一个测试板上，填补了现有技术中此领域的空白，通过一个测试板就可以实现信号的发射和接收，解决了传统的各个模块独立分散不易统一管理的问题，也为半实物仿真测试装置提供了一个集成的平台。

3.本实用新型可以应用在超宽带成像研究领域，通过LAN/USB连接示波器与上位机，示波器的输入端口连接测试板，从而组成一个完整的半实物仿真装置；在测试板内可以更换器件，对不同型号不同类型的器件进行测试，可以快速得到测试结果，方便超宽带成像的研究与分析。

4.本实用新型可以应用在超宽带成像研究领域，可以按照实际需要添加各种信号处理和图像处理方法，在近实际环境中仿真测试提出的信号及图像处理方法的优劣。避免了纯仿真环节可能出现的偏差，增强了方法的实用性与鲁棒性，从而可以缩短研究周期，提高工作效率。

5.通过在回波信号的信号处理环节中进行距离补偿，而非在成像处理环节对每个像素点进行距离补偿的方式，大大降低了补偿时的运算量。而且引入了信号补偿时先提取信号特征的概念，仅对目标信号进行距离补偿，而非单纯按照距离对所有信号补偿，避免了杂波噪声被错误地放大；目标信号距离补偿方法中设定一个距离阈值，只有达到距离阈值的目标信号才会进行距离补偿，避免了距离发射天线较近的目标被盲目放大的问题。

附图说明

图1为本实用新型装置框图；

图2为本实用新型工作流程图；

图3为本实用新型探测模型；

图4为本实用新型信号距离补偿对比图例；

图5为未经过信号处理的信号；

图6为信号处理后实际数据与目标提取后的数据对比示意图；

图7为目标提取后的数据与目标信号距离补偿后的数据对比示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，超宽带信号源发射超宽带带宽信号，穿透障碍物（墙壁、瓦砾、废墟等）后，遇到目标物会反射，反射信号透过障碍物被四路接收天线接收，示波器的四个通道分别连接四路接收天线各自所在的通道，示波器可以对此四路接收信号数据进行实时显示。

器件测试板部分包括信号发射器件、发射天线、接收天线及信号接收器件。其中信号发射器件是定向耦合器，信号接收器件包括放大器、功分器、低噪放、混频器。测试板上的各个器件可以更换，用以测试器件的性能。

利用上位机使用VISA通信协议，通过LAN或者USB线的方式与示波器连接进行通信。

上位机的人机界面用MATLAB软件编写，界面上分为参数设置区域、控制区域、显示区域。参数设置区域内可以完成对示波器的采集数据长度、采样率、带宽、采集数据次数、通道选择等参数的设置；控制区域包括连接示波器按钮、开始采集、结束采集等功能；显示区域在信号显示区域可以对经过信号处理之后的信号进行实时显示，在图像显示区域对经过图像处理之后的成像结果进行实时显示。

图2是MATLAB实现超宽带成像的工作流程，可以完成对示波器的参数设置，也可以采集示波器的四路信号数据，对信号数据执行信号处理方法，并计算得到图像，可以选择二维和者三维的方式显示在成像区域内。

上述装置的测试方法，主要分为如下步骤：

步骤（1）：开始，首先确认LAN或者USB线连接了上位机与示波器；上位机通过VISA通信协议确认示波器的通信协议地址被搜索到，至此表示上位机与示波器能够通信；

步骤（2）：打开上位机人机界面软件，执行VISA连接示波器命令，确定连接完成；

步骤（3）：设置示波器的相关参数，所述相关参数包括采集数据长度、采样率、带宽、采集数据次数、通道选择；

步骤（4）：判断参数设置是否成功，如果设置成功则上位机显示第一路的信号波形，如果设置失败则不显示波形，然后进行线路检测，根据提示排除问题，排除问题后返回步骤（3）；

步骤（5）：开始采集数据，上位机将已经设置的示波器参数传送给示波器，示波器执行采集数据命令；

步骤（6）：示波器采集一组信号数据，保存；

步骤（7）：判断数据采集的次数是否达到已设置的值，如果是就进入步骤（8）；否则返回步骤（6）；

步骤（8）：对达到采集次数的数据依次进行信号处理和图像处理。信号处理结束后，上位机显示信号处理之后的信号波形；图像处理结束后，上位机显示最终所成的图像；

步骤（9）：判断是否停止采集，如果是则停止采集，结束；否则返回步骤（6）。

如图3所示，采集的数据一共N组，首先对N组数据进行中值滤波，然后进行均值滤波得到一组数据；之后进行时域门截取信号，即依照实际探测区域，对信号数据进行截取，非探测区域的信号数据会被去除，仅保留探测区域内的信号数据；对截取后的信号进行目标提取，采用峰值检测方法获得峰值满足实际要求的信号为目标信号，至此信号仅保留目标信号；对目标信号进行距离补偿；之后对信号进行成像计算，得到图像数据。

如图4简化了的穿墙模型所示，目标在墙体一侧的某个位置，墙体的另一侧是发射天线和接收天线，其中为了方便描述，只使用了一个接收天线作说明。发射天线发射电磁波信号，穿过墙体被探测区域中的目标反射回来，墙体另一侧的接收天线接收到回波信号，整个过程是一个完整的传播路径，不考虑墙体因素，目标与发射天线、接收天线的关系满足椭圆方程：

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1---\left(2\right)$

式中：探测区域中目标的坐标是（x，y）；

a是椭圆长轴的一半；

b是椭圆短轴的一半。

其中：L=2a，d_i=2c，b²=a²-c²，L=L_i+L₀

a-c≤L₀≤a+c（3）

$\frac{{L-d}_i}{2}\&le;L_0\&le;\frac{{L+d}_i}{2}---\left(4\right)$

式中：L是从发射天线到目标然后由目标反射回接收天线的整个传播路径；

L₀是发射天线到目标的距离；

L_i（i=1,…,n）是目标到第i路接收天线的距离；

第i路接收天线到发射天线的距离为d_i；

c是椭圆焦距的一半。

第i路接收天线的接收功率密度公式为：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2{L}_i^2{L}_0^2}---\left(5\right)$

因为L=L_i+L₀可得

${\mathrm{\&rho;}}_i=\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2{[-{(L_0-\frac{L}{2})}^2+\frac{L^2}{4}]}^2}---\left(6\right)$

其中：P_t是发射天线的发射功率；G_t是发射天线的增益；G_r是接收天线的增益；δ是目标散射的截面积。

由（4）和（6）可以得到：

$\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2}*\frac{16}{L^4}\&le;{\mathrm{\&rho;}}_i\&le;\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2}*\frac{16}{{(L^2-{d_i}^2)}^2}---\left(7\right)$

定义接收功率密度的最大值为： ${\mathrm{\&rho;}}_{\max }=\frac{P_t{G}_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2}*\frac{16}{{(L^2-{d_i}^2)}^2}$

定义接收功率密度的最小值为：

定义误差率Δ为：

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\max }-{\mathrm{\&rho;}}_{\min }}{{\mathrm{\&rho;}}_{\min }}---\left(8\right)$

在发射天线、接收天线性能已知的情况下，Δ与L及di有关。令μ作为补偿的距离临界值，当L>μ时，Δ足够小，此时可认为L>>di，pmax=pmin，据此根据Δ取值确定μ的值。

当L<=μ时,在近场不需要距离补偿；

当L>μ时，由（5）可知发射天线的发射功率为：

$P_t=\frac{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2{L_i}^2{L_0}^2{\mathrm{\&rho;}}_i}{G_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}---\left(9\right)$

定义发射功率系数：

$q=\frac{{\left(4\mathrm{\&pi;}\right)}^2{L_i}^2{L_0}^2}{G_t{G}_r\mathrm{\&delta;}}---\left(10\right)$

因此假设远场任一点的传播路径为L，则任一点的发射功率系数与传播路径为μ时的发射功率系数之比为：：

$Q_p=\frac{q_L}{q_{\mathrm{\&mu;}}}=\frac{{L_i}^2{L_0}^2}{{{\mathrm{\&mu;}}_i}^2{{\mathrm{\&mu;}}_0}^2}---\left(11\right)$

式中：μ_i是当传播路径为μ时目标到第i路接收天线的距离，

μ₀是当传播路径为μ时发射天线到目标的距离。

根据信号功率与信号幅度的关系可知，远场任一点与传播路径为μ时的幅度补偿系数之比为：

$Q_U=\frac{L_i{L}_0}{{\mathrm{\&mu;}}_i{\mathrm{\&mu;}}_0}---\left(12\right)$

因远场任一点L>μ，所以Δ足够小，此时可认为L>>di，可以得到：

$L_0=L_i=\frac{L}{2}$

${\mathrm{\&mu;}}_0={\mathrm{\&mu;}}_i=\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}$

因此补偿系数为

$Q_U=\frac{{\left(\frac{L}{2}\right)}^2}{{\left(\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}\right)}^2}={\left(\frac{L}{\mathrm{\&mu;}}\right)}^2---\left(13\right)$

最终得到对信号进行距离补偿的公式为：

$Y\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{org}}\left(t\right)& L\&le;\mathrm{\&mu;}\\ Y_{\mathrm{org}}\left(t\right)*{\left(\frac{L}{\mathrm{\&mu;}}\right)}^2& L>\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：Y_org(t)是没有补偿的原信号幅度;

Y(t)是获得距离补偿之后的信号幅度。

L是由每个信号点对应的时刻t计算得到的传播路径，计算公式是L=C*t，C为电磁波的传播速度。

当L小于等于临界值μ时不对当前信号点进行补偿，当L大于临界值μ时，将当前信号点的幅值乘以当前点的传播路径L与临界值比值的平方作为新的信号幅值。

通过只针对目标信号进行距离补偿的方式，抑制杂波噪声在补偿时的负作用。要实现只对目标信号进行补偿，前提是必须能够识别或提取出目标信号。一方面是抑制杂波噪声，找到其特征、来源，有针对性的去除杂波噪声，提高回波信号的信杂比信噪比；另一方面是直接根据目标信号特征提取出目标信号，不同形状材质的目标物反射得到的信号特征不一样，目标物的运动与否也会以不同的信号形式呈现，通过深入研究目标信号的特征规律，实现目标信号的准确提取。

通过在回波信号中进行距离补偿，而非在成像时对每个像素点进行距离补偿，大大降低了补偿时的运算量。信号补偿时先自动提取信号特征，仅对目标信号进行距离补偿，而非单纯按照距离对所有信号补偿，避免了杂波噪声被错误地放大。

发射信号穿透障碍物后遇到目标物会反射回来，再次穿透障碍物后由接收天线接收，两次穿透障碍物导致目标信号强度衰减很大。目标物或障碍物距离天线越远则衰减越大，而目标物电磁波反射特性越弱，目标信号强度也会越弱。

为了克服目标信号随着距离增大衰减变大的问题，通常在成像计算时需要根据距离远近对目标像进行距离补偿。但是在成像计算过程中进行距离补偿运算量非常大。以5m*5m的成像区域为例，如果要求分辨率是1cm，则图像共有25万个点组成。如图1所示，共有四路接收天线，那么共需要对100万个点进行距离补偿计算，可见计算量之巨大。目标的距离位置信息不但反映在图像上，也反映在信号数据上，如果在信号数据上进行距离补偿可以达到缩减运算量的目的，假如信号数据长度为5000点，那么四路天线只需要对2万个点进行距离补偿计算就可以了。

但是如果对所有的信号数据执行目标信号距离补偿的方法，信号中的杂波、噪声也会被放大，反而距离补偿后会使信噪比更糟，因此提出针对目标信号的距离补偿方法。信号补偿时先自动提取信号特征，通过目标提取将目标信号提取出来，仅对目标信号进行距离补偿，而非单纯按照距离对所有信号补偿，避免了杂波噪声被错误地放大。

如图5所示，是未经过信号处理的信号波形，可以看出障碍物影响较大，反射信号强度最强，杂波和干扰也很多，无法分辨出目标信号的位置。

如图6所示，中值滤波、均值滤波、时域门等方法处理后，得到图中实线曲线，虚线勾画的曲线代表经过目标检测后的信号数据，从信号幅度的量级上看，目标信号的强度非常弱。

如图7所示，是按照公式（1）的补偿方法得到的补偿后的信号与补偿之前信号的对比，其中实线曲线代表原始的经过目标检测后的信号，虚线勾画的曲线代表经过目标信号距离补偿后的信号，可以看出，信号补偿后目标信号强度大大增强。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (6)

1.基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，其特征是，包括测试板、示波器、上位机，所述测试板上集成有信号发射器件、信号接收器件、发射天线和接收天线，信号源将信号发射给信号发射器件，信号发射器件将信号分别传输给发射天线和信号接收器件，接收天线接收发射天线发射后被待测物反射回来的信号，接收天线将信号传输给信号接收器件，信号接收器件与数字示波器连接，示波器与上位机通信。

2.如权利要求1所述的基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，其特征是，所述信号发射器件是定向耦合器。

3.如权利要求1所述的基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，其特征是，所述信号接收器件包括放大器、功分器、低噪声放大器、混频器，信号接收器件的放大器接收定向耦合器的信号，放大器的信号传输给功分器，功分器的信号传输给混频器，低噪声放大器接收接收天线的信号并将信号传输给混频器，混频器将功分器传输过来的信号与低噪声放大器传输过来的信号进行混频后传输给示波器。

4.如权利要求1所述的基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，其特征是，所述示波器用于采集测试板信号接收器件输出的信号，进行高精度AD转换。

5.如权利要求1所述的基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，其特征是，所述示波器通过LAN或USB线与上位机连接。

6.如权利要求1所述的基于数字示波器的超宽带成像半实物仿真测试装置，其特征是，所述示波器与上位机之间通过VISA通信协议进行通信。

Images