超宽带(ultrawideBand，UWB)雷达通常定义为：雷达发射信号的分数带宽(FBW)大于0.25的雷达。超宽带技术就是通过对非常短的单脉冲进行一系列的加工和处理，包括产生、传输、接收和处理等，实现通信、探测和遥感等功能。超宽带是指该技术的一个主要特点，即占用的带宽非常大。它也可以被称为脉冲雷达（impulserddar）、脉冲无线电（impulseradio）、无载波(carrier-free)技术和时域(timedomain)技术等。

超宽带雷达-2 超宽带雷达系统组成

超宽带雷达-3 超宽带雷达的优势

超宽带雷达-4 超宽带雷达信号

超宽带雷达-5 目标对超宽带信号的雷达特性

超宽带雷达-5.1 超宽带雷达目标回波信号

超宽带雷达-6 超宽带雷达天线

超宽带雷达-7 超宽带雷达的应用

超宽带雷达-7.1目标识别

超宽带雷达-7.2雷达成像

超宽带雷达-2 超宽带雷达系统组成

典型的超宽带雷达系统由波形产生器、发射机、接收机、收发天线和信号处理器等部件组成。其中波形产生器产生超宽带信号波形，比如线形调频脉冲、冲击脉冲、随机噪声等等。其中冲击脉冲信号是比较成熟的超宽带雷达信号，所谓冲击脉冲就是指产生和消失时间极其短暂的瞬间电流，其产生和消失时间仅为几百微秒至几纳秒。超宽带的传输把调制信息的过程放在一个非常宽的频带上进行，并且以这一过程所持续的时间来决定带宽所占据的频率范围，即带宽=1/ 持续时间，所以超宽带雷达具有很大的带宽。

超宽带雷达-3 超宽带雷达的优势

超宽带雷达具有大带宽的特点，与常规窄带雷达系统相比，超宽带雷达具有以下优越性能：

3.1 抗干扰性能强。超宽带雷达系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。与常规雷达系统相比较具有更强的抗干扰性。

3.2 超宽带雷达兼有低频和宽频的特点，对地表和树叶具有较强的穿透能力，可以探测树林中的隐藏目标。

3.3 雷达信号具有极高的距离分辨力。由于超宽带雷达的相对带宽大，可以分辨目标的许多散射点，将这些散射点的回波信号积累，可以改善信噪比，其分辨力可以达到厘米量级。

3.4 具有良好的目标识别能力。由于雷达发射脉冲的时间短，可以使目标不同区域的响应分离，使目标的特性突出，从而进行目标的识别。此外，借助信号的宽谱特性，可以激励目标的众多响应模式，也增加了雷达的目标识别能力。

3.5 超近程探测能力。传统的雷达在探测近程目标时存在盲区，而超宽带雷达的最小探测距离与距离分辨力大致相等，这一特点使超宽带雷达具有超近程探测能力。

超宽带雷达-4 超宽带雷达信号

超宽带雷达信号的两种可能表示方法:一是借用窄带信号的复数模型法,优点是便于近似计算超宽带信号的变换和易于误差估计;第二种方法是采用实数模型法,充分反映信号的超宽带特性。由于超宽带信号的时间瓣数目的降低,复包络已不能反映信号形状。即使在精确结果的条件下,复数模型都不能令人满意,最好还是用时间的实数振荡函数来模拟超宽带信号。

在超宽带雷达中基于窄脉冲形式的无载波信号是目前超宽带雷达中应用最多的一种信号。虽然由于其功率受限而限制了超宽带雷达的作用距离,但它在超宽带雷达特性,尤其是目标特性研究中特别适用。故现今的超宽带雷达大多数都采用此类脉冲型信号。

超宽带雷达-5 目标对超宽带信号的雷达特性

雷达所解决的全部问题都可以归结为被雷达目标所散射的电磁场的某些特性问题。超宽带信号下目标的建模方法有两种:结构物理方法和表象方法。结构物理方法可以揭示雷达信号非稳态散射的物理机理。表象方法便于研究复杂形状和有涂层的问题。于超宽带信号的特点导致雷达目标具有一种可以称之为超宽带无线电信号频率二重性的特殊性质:低频区的信息与高分辨率。这种性质在于,随着无线电信号频谱的加宽,分辨率也同时提高,从而出现了获取低频段信息的可能性。获得雷达目标的超宽带特性后,就可以用于目标识别、雷达成像、确定姿态和计算极化效应等。

超宽带雷达-5.1 超宽带雷达目标回波信号

对于超宽带雷达,因为目标上的“亮点”数目以及观测角是不定的,所以目标反射回来的回波信号形式具有随机性,从而导致接收信号的不可观测性。所以不能像以往窄带雷达那样认为接受到的回波信号是确知信号的概念来描述超宽带雷达的接收信号。

超宽带雷达-6 超宽带雷达天线

在超宽带情况下,发射天线激励信号的形状与辐射长的时间结构不一致,以及接收天线入射波的时间结构与其输出信号不一致。场的时间结构与角坐标的关系排除了非稳态情况下直接利用经典单色方向图的可能性,此时,单色方向图已经完全失去了它的意义。因此,天线特性只用频率特性族或脉冲特性族来描述。另外超宽带信号辐射的另一个特点是可能在有限尺寸天线上分出局部辐射中心。

对超宽带雷达天线的基本要求有:在超宽带信号频带中输入阻抗不变;最大辐射方向不变;存在明显的相位中心;场强增益系数的频率关系:对于发射天线G(ω)=const,ω:Δω;对于接收天线,G(ω)～ω2,ω:Δω;对于收发共用天线G(ω)～ω,ω:Δω。

超宽带雷达-7 超宽带雷达的应用

超宽带雷达最早的应用是出于美国陆军探测地下物体的需要,且在目标成像、丛林透视,以及某些类型的杂波抑制和低RCS目标探测等方面有其应用前景。

超宽带雷达-7.1目标识别

超宽带雷达有两种识别目标的方法:第一种方法是以足够宽的宽带信号来照射目标,以估测其谐振频率,这些估测数据可以用作识别目标的样板。另一个方法是采用足够精细的距离分辨力,可分辨目标的所有散射中心,从而实现目标的识别。

第一种方法要求信号的最小频率应该为目标的谐振散射体长度的2～4倍。波形中较高频率将激励较高模式的谐振,但是基波谐振通常具有最强的响应。为提高目标识别的可靠性,希望激励尽可能多的谐振,所以要选用足够带宽的信号。对于轰炸机而言,信号要覆盖2～4兆赫,其宽带指数为0.66。

第二种方法形成目标的一维“图像”(常称它为距离轮廓)。超宽带雷达的回波是一系列的回波,而不是窄带雷达的一个集中回波。这些回波携带了一系列不同角度信息的回波,可通过逆合成孔径处理进行目标成像。如果所成的像具有足够多细节以区别相似的飞机类型,从而实现目标的识别。

超宽带雷达-7.2雷达成像

用超宽带雷达建立目标图像的理论基础是刘易斯-鲍雅尔斯基恒等式或特殊情况下的卡诺-莫法特恒等式。其成像方法有:拉顿逆变换(或多维傅氏变换),其缺点是抗干扰能力差;另外是试探法,它是以线性作用响应的被测强制分量与目标轮廓函数的关系,以及轮廓函数与特征函数的关系为基础的,其特点是必须以离散的形式提出问题,而且要求反复求解。包括:有限表面法、投影函数法、利用目标回波成像和利用目标冲激响应成像。超宽带雷达成像的特点:具有发现隐蔽目标的能力：UWB雷达具有强的穿透叶状物的能力。它是一类地面穿透型雷达。