UWB超宽带应用综述要点

1、超宽带信号应用综述控制科学与工程系孙豫斌 摘要：超宽带(UWB)信号因其硬件实现及信号处理面临的困难，自提出以来， 仅在军事应用领域和学术上被研究。随着近年来软硬件技术的发展尤其是高速计 算机技术的发展，使得对UWB信号的数值化处理成为可能。从2002年美国FCC (联邦通信委员会)专门划分民用超宽带信号频段后，UWB信号因为其占据很宽的频谱范围，因具有高距离分辨率、强穿透力及携带目标体信息量大等优点， 在通信、雷达、地下目标识别、穿墙探测、生物医学成像、遥感、无损检测等众 多领域里受到日益关注。本文拟对 UWB信号在通信、雷达等方面的应用原理、 数据处理方法以及当前的研究热点进行简要介绍，以

2、方便从事研究的人员对 UWB信号建立概要认识。一、超宽带信号的定义及超宽带系统的实现超宽带(UltraWideBand, UWB)电磁脉冲技术出现于上世纪60年代，在对原 子弹爆炸中产生的“电磁炸弹”的研究中，逐渐发展了对瞬态电磁场的研究。美 国军方于1990年针对常用的窄带信号、宽带信号首先明确提出了超宽带信号的 概念，其对UWB信号的定义是信号的相对带宽 (Fractional Bandwidth大于25% 的任意信号，即：(fH-fL) /Fc>25%。2002年4月，美国FCC给出了 “超宽带”的 两种定义。第一种定义对军方的定义作了两点修改，一是信号的带宽是指10dB带宽，即低

3、于信号最大发射(包括天线的影响)10dB处的高端和低端频率；二是信号的相对带宽大于、等于 20%。第二种定义是信号的10dB带宽大于或等于 500MHz,而不管相对带宽是多少。超宽带系统有2种实现方式：一种是通过脉冲无线电技术(Impulse Radio IR)， 即发送时间宽度极窄的脉冲，称为IR-UWB系统，另一种是利用多载波技术(Multicarrier)，称为MC-UWB系统。在本文中以下内容仅就时间宽度极窄脉冲信 号进行分析，不涉及多载波技术内容。二、几种典型UWB信号的数学描述、波形及其频谱分布理想的UWB信号的频谱特征如图1所示，在超宽的能量带宽(fl，fh)内， 电磁波的能量较

4、为均衡，最好是能量频带上下限也可人工调整，以适应具体探测 对象。A*pn±:-dul<图1但在实际工作中，辐射信号的能量也是有限的，脉冲的宽度不可能无限窄，要受到计算方法的限制和计算机计算能力等的影响。综合所查阅的文献，在各国研究UWB信号的过程中，逐步发展了一些 UWB信号的数学描述，主要有：1、高斯脉冲信号：f(t)=exp(-4 n(-t。)2/ T)，其中t°、T参数可以控制信号脉冲宽度及幅度。波形图Tirrt I ft*图2Fneqency I GHz11 / 122、由于高斯脉冲信号含有能量很大的直流信号，因此常用的一般是一阶或高阶微分高斯脉冲信号，其中一

5、阶高斯脉冲为：f(t)= (t-t o)/ Texp(-4Wt-t。)2/ t)图33、截断三弦正脉冲信号:f(t)= ：15 “sin( t6 2sin( 2t)'3sin(y)】，其中t老0°t为脉冲宽度，3 i=2i n T,i=1,2,34、Bachman-Harris窗函数信号:3f(t)= ' an cos(2n二 t/T)，其中，T > t > 0,0T为脉冲周期图5f(t)=f hexp-nfh2(t-t。)2- flexp-nfl2(t-t。)2/ (f h-fl)，其中 fh、fl为低于信号最大发射10dB处的高端和低端频率，t0控制脉

6、冲宽度s £ JDXIU5、宽带雷克子波:、UWB超宽带信号在通信系统中的应用1993年 R.A. Scholtz在 IEEE MILCOM'93 会议中提交的论文：Multiple Access with Time-Hopping Impulse Modulation中归纳了 UWB信号用于通信的特点，计算 了理想条件下UWB通信系统多址通信容量，并描述了这种新兴的基于UWB信号的通信系统的设计，从而开创了UWB信号用于通信之路。下图为 RA Scholtz在理想条件下计算的在一定误码率下，不同通信速率中能容纳的用户数。与传统的窄带通信系统不同，UWB通信技术应用高速发射极

7、窄脉冲(美国 的UWB系统可以实现每秒发射100万个脉冲)，具有占用带宽极大、功率谱密度 很低等特点，这使得UWB技术具备诸多特点，可归纳为如下几个方面。(1) 大信道容量和高速数据传输。（2）多径分辨力强。在时域上，UWB信号通信采用脉冲仅为ns级、ps级的窄 脉冲，因此多径传播时具有很高的时间分辨率。 常规窄带信号的持续时间一般大 于多径时延扩展，多径分量会互相交叠而形成严重的多径衰落。而 UWB 脉冲信 号持续很短，这种可分辨的多径分量不会相互叠加。因此， 多径衰落不像窄带系 统那样严重。从频域上看， UWB 带宽很大，会出现频率选择性衰落，但仅在整 个带宽的某些频点出现，衰减的能量是总

8、能量的很小部分。另外， 由于多径可分 辨，易于采用 RAKE 接收技术来提高系统性能。（3）具备隐蔽性、抗干扰能力和共存通信能力。UWB 信号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， 因此UWB信号具备隐蔽性和低截获能力（LPD，Low Probability of Detection）,适 用于军事通信和重叠通信等应用。同时，与 UWB 带宽相比，窄带系统产生的干 扰都在较小的带宽内，使得 UWB 系统抗干扰能力较强，而对 UWB 功率谱密度 的限定使其对现有系统的干扰也较小，因此 UWB 通信系统能与现有系统较好的 共存。（4）系统结构简单、设

9、备功耗低。基于脉冲方式的 UWB 通信系统，无需采用 传统窄带系统的射频载波电路， 简化了复杂的调制解调电路， 因此系统复杂度大 为降低，能减小收发端设备的体积和成本。 UWB 信号只是发出瞬间脉冲电波， 脉冲持续时间很短，一般在1ns以内，并且占空比很小，因此UWB设备功耗低， 电磁波辐射对人体的影响也很小。（5）灵活的多址和组网能力。 UWB 无线系统发送占空比很低的窄脉冲， 可采 用跳时（TH）和扩频等方式实现灵活的多址功能，这也提高了用户数量。此外， UWB 满足低成本、低功耗的设计要求，适合于多种网络组网时的物理层应用技术。以无线传感器网络（WSN）为例，UWB技术可以很好的解决其关

10、于体积、成 本和功耗的难题，特别适合于微小传感器节点的需求。（6）相对于码分多址通信，超宽带时分多址通信技术的优点有：一是远近效 应问题要小的多（强脉冲和弱脉冲碰巧冲突的时候才会有） ；二是从调制的观点 看，因为其纳秒级的脉冲宽度， 所以具有很好的时间分辨率， 好处是多径传播可 以简单有效的得以区分， 而其坏处则是对按时间分辨率划分的网格信号处理技术 提出了巨大挑战。UWB 通信的调制技术。在 UWB 通信中可应用一般的调幅、调频等调制方 法通信，也可应用跳频、直接序列扩频等通信方式，在超宽带冲激无线电系统（IR-UWB）中，我们用信息符号对脉冲进行调制，其调制的方式可以有很多种， 最基本的数

11、据调制方式有：脉冲幅度调制（PAM）、脉冲位置调制（PPM）、开关 键控（00K）、发射参考调制（TR）与二进制相位调制（BPM），其中，脉冲位 置调制（PPM）和脉冲幅度调制（PAM）是最常用的两种调制方式。四、超宽带技术在定位、跟踪中的应用 无线信号的距离分辨力与信号的带宽有直接关系，由于信号的宽带特性，UWB 系统的距离分辨精度要比现有无线系统高的多。 UWB 采用的脉冲宽度为纳 秒或亚纳秒级， 在理论上可以达到厘米级甚至毫米级的测距定位精度， 在精确定 位应用中具有极大潜力。此外，UWB系统能完成定位与短距离高速通信的融合， 这极大地扩展了系统的应用范围。其他如微波 /毫米波雷达、超声

12、波、红外和激 光都可用于定位，和这些技术相比，UWB定位技术能够完成复杂场景下定位， 如多径传播、遮挡环境等，并能支持移动性。此外，在具有相同带宽的无线信号中，超宽带信号中富含低频分量，因此相 对于毫米波和红外等信号具有更强的穿透能力。有实验系统表明，UWB无线技术具有很强的穿透树叶和障碍物的能力， 有希望填补常规超短波信号在丛林中不 能有效传播的空白。这一特点为 UWB在复杂场景下的定位、跟踪提供了有力支 持。应用UWB技术可以解决小范围的定位和跟踪问题，应用UWB技术制作的定位器可以作为GPS和E911（美国基于固定电话和移动电话定位）系统的重要补 充，它可以在室内实现对移动物体的精确跟踪

13、，精度在几厘米内。还可以用于跟踪贵重物品以确保安全和有效的使用。在灾害救助生命搜索领域，可以应用超宽带电磁探测技术建立一种新型的、 有效的灾害救助理论与方法技术，由于探测器可以检测人的心跳和呼吸等信息， 也可以用于无接触身体检测或灾害中幸存人员的搜救中，国外已有将其成功应用于生命救助探测与定位的实例。五、UWB信号在雷达中的应用现代高科技战争对雷达装备的功能和性能提出了越来越高的要求。一方面要求雷达具有多功能、多目标探测、跟踪、识别的能力，另一方面要求雷达具有咼 灵敏度、接收微弱信号的能力。总体来说，就是希望从雷达观察的空域和海域获 得丰富的高质量信息。而传统雷达信号带宽较窄难以提供更多的目标

14、信息， 因此， 1990年3月在美国新墨西哥州的LosAlam。国家实验室召开的超宽带雷达会议上 提出了“超宽带（UWB:Ultrawideband雷达”的概念。UWB雷达自提出之后研究在国际上倍受重视， 美国国防部重点技术计划中， 连续多年把超宽带雷达列为高灵敏度雷达技术研究计划项目中的重点课题。许多著名大学和实验室，如美国 MrrLincoln实验室、LosAlamos国家实验室、ohio州 立大学、Georgia理工学院，英国RS既实验室等开展了超宽带雷达的研究工作川。 从目前的研究报告来看，在超宽带雷达研究中，美国走在前列，它已研制成能投 入应用的超宽带雷达系统，并在理论和试验上对超宽

15、带电磁散射、系统设计、信号处理等方面进行了全面研究。超宽带雷达根据发射信号波形不同可分为两种主要类型，一类是发射无载频 纳秒级脉冲的冲击雷达，也称为无载波雷达、非正弦波雷达、基带雷达等。冲击 雷达信号的带宽常从直流到 GHz量级，它对目标的分辨更加精细和灵敏，可用 作探地雷达及穿墙雷达。另一类是UWB微波雷达，UWB微波雷达采用一些常用的雷达信号，如线 性调频LFM，伪随机编码、频率步进信号等，它的载频一般在GHz频段。微波UWB雷达的优点在于其杂波抑制是通过探测运动目标在脉冲与脉冲之间的位置 变化来实现，而不是象传统 MTI雷达和多普勒雷达那样，通过多普勒频移来实 现。这种区域动目标显示也称

16、之为非多普勒动目标显示 NMTI）。NMTI的工作原 理是由于目标存在径向速度， 它从一个分辨单元向另一个单元的运动， 而杂波在 位置上保持固定，因而固定杂波的回波， 在一个距离单元上能被对消， 但移到新 的距离单元上的目标却不会被对消。 这种探测运动目标的方法之所以可行， 主要 是由于 UWB 雷达极高的距离分辨率，有利于消除大量杂波。非多普勒处理意味 着不再有盲速，也不需要发射多波束来消除距离和多普勒频移上的模糊。同时， 这种极短脉冲不易受电磁干扰和假目标的欺骗。与常规窄带雷达相比， UWB 雷达具有以下突出优势： 1远距离分辨率：由雷达分辨理论可知，雷达信号的距离分辨率与其工作 带宽有关

17、 （分辨率与带宽成反比， R=c/B） ，工作带宽越宽，其距离分辨率就越高。 UWB 雷达的距离分辨率相当高，一般可达厘米数量级。2目标识别能力： UWB 雷达目标回波由目标的早期响应和晚期响应组成， 利用其晚期响应可得到目标的极点信息。 对于大多数雷达目标而言， 它们的极点 具有不变性， 即目标的极点与视角无关， 只与目标的形状、 结构和材料构成有关， 是目标的固有属性，因此利用目标的极点可对目标进行识别。另外， 利用目标的 早期响应可得到目标的一维距离像，这也有利于目标的识别。3目标成像的能力： 一般说来目标成像要求有高的距离分辨率和角分辨率， 采用超宽带雷达信号，将 UWB 信号与合成孔

18、径技术相结合，可得到目标高分辨 率的三维图像。4强电磁穿透能力：由于 UWB 雷达包含的频率分量极其丰富，可以从直 流到几千兆赫兹，因而具有极强的电磁穿透能力。5发现隐蔽伪装的目标：由于 UWB 雷达具有较丰富的低频分量，因而具 有穿透丛林、树叶， 探测地表和墙后目标的能力。 这一特点对于探测战场上隐蔽 在丛林、草丛中的敌方坦克、火炮等极为有利。另外，隐身目标的隐身手段是针 对电磁波某一频段而言，在 UWB 雷达信号宽频段的照射下，隐身目标的隐身能 力会失效。6极强的“四抗”能力：目前雷达面临着电子干扰、隐身技术、反辐射导 弹和低空突防的严重威胁。 UWB 雷达工作频段极宽，隐身目标在它的照射

19、下会 原形毕露，电子对抗设备要对 UWB 雷达信号进行截获、分析和干扰也变得极为 困难。由于 UWB 雷达信号低的截获概率和识别概率，反辐射导弹要想对它进行 攻击也变得困难。UWB 有关技术应用于雷达主要需解决几项关键技术：超宽带信号的设计和 产生，超宽带电磁散射理论的完善， 信号处理算法和接收机设计， 以及适合超宽 带信号发射和接收天线的设计等方面。1、UWB 信号：基于冲击脉冲形式的无载波信号是最早应用于 UWB 雷达中的一种信号。这 种信号虽然因平均功率受限而限制了 UWB 雷达的作用距离，但它在 UWB 雷达 目标特性研究中特别适用。 产生冲击信号需要开发大功率纳秒级脉冲振荡器， 如

20、快速恢复光电二极管的硅振荡器，其脉冲前沿约1.2ns采用它做成的阵列单元其功率可达几千瓦到几百千瓦。 这种振荡器的缺点是输出脉冲不稳定。 而用砷化 嫁(GaAs开关管制造的振荡器可克服这个缺点。研制能产生高功率脉冲且可控的 稳定超宽带源是冲击雷达研究中的一个重要的课题。随着超宽带雷达技术的发展， 人们认为，已往雷达中的常用信号，如线性调 频(LFM)、非线性调频(NLFM)、伪随机编码信号等只要它们满足 UWB信号定义 的条件，均可用于 UWB 雷达。并且，这些信号在传统雷达中的应用比较成熟， 对进行超宽带雷达设计能提供有益的参考。另外，从近年的文献里看到， 对频率 步进信号的研究日趋增多，且

21、它在 UWBSAR 雷达中获得了实际应用。频率步进 信号是发射一串载频线性跳变的脉冲， 通过对回波脉冲作逆傅氏变换来获得目标 合成距离的高分辨输出。这种信号的产生相对较为简单，易于实现高功率发射。同时，雷达中采用超宽带信号将对其作用距离带来影响， 窄带雷达的最大作 用距离正比于天线方向性因子、 目标的有效散射面积、 接收天线的有效面积和发 射信号的能量，反比于白噪声谱密度及门限信号噪声比。在 UWB 雷达里，发射 超宽带信号使距离方程系数的含义发生了改变， 天线方向性因子、 目标的有效面 积及目标有效散射面积等均为频率的函数。 所以不能直接应用窄带雷达距离方程 式计算 UWB 雷达的最大作用距

22、离。2、理论建模及计算： 雷达目标建模问题主要是研究如何获取目标的散射回波特征， 用以描述目标 响应，目标的距离像(rangeProfile)以及回波的信号形式等。通常有三种方法(l)根据目标几何外形描述而进行的理论建模预测；(2)在雷达 工作的频率及极化条件下，进行全尺寸目标测量;(3)微波暗室内的缩比测量。方法(l)即为目标的电磁散射理论建模。方法(2)、(3)是选取适当的散射模型近似表示 目标的电磁响应， 通过实验得到测量数据， 利用目标的散射数据进行反演运算得 到目标的散射特征 (距离像)，称为电磁逆散射问题，解决该问题的方法称为模型 参数法。以前大多数有关 UWB 雷达建模的工作，均

23、是从电磁场理论出发，采用多种 方法求解目标的散射特性。由于 UWB信号的带宽很宽，通常覆盖了目标的低频 区到高频区三个区，对不同的区域，应分别采用不同的求解方法。如在高频区， 发生局部化的电磁散射，这时使用物理光学 (P0)法，即KennaughCosgriff公式， Stratton公式或者利用几何绕射(GTD)理论来解决面元散射和边缘绕射，在低频区 采用几何光学法近似求解，在谐振区用矩量法，这些方法称之为时域积分方程 (TDIE)法。另一种直接时域法是时域有限差分(FDTD)法，利用FDTD法计算UWB 信号的冲击响应可完整地获得目标的早期和晚期响应， 不需要象 TDIE 法对三个 散射区

24、分别计算。上述这些求解方法的优点是计算较精确，但计算量庞大。现阶段，对 UWB 雷达建模的发展方向是要求电磁散射理论建模与雷达特征 信号处理有机结合，突破原有的点频 RCS 散射理论建模水平，称之为 目标模型 参数法 。与电磁计算法不同，在这里，研究的问题是 :己知目标的输入和输出， 据此确定目标的散射特性 。文献中一般称之为电磁逆散射或逆问题。 逆问题的研 究对于目标特性分析具有十分重要的意义。 但逆散射计算非常复杂， 而且只有在 极有限的几种特殊情况下才能得到有用的解。 因此，在实际应用中人们致力于目 标模型的研究， 即选取适当的散射模型近似表示目标的电磁响应， 并利用目标的 散射数据获取

25、与目标特性密切相关的参数，重建目标的一维距离像。3、信号处理在超宽带雷达研制中， 因为相对于窄带雷达，其信号的信噪比很小，窄带雷 达匹配滤波处理的方法实现困难， 因此必须采用先进的信号处理技术以便在杂波 和噪声中探测目标。 为此，学者们提出了一些应用于 UWB 雷达的信号处理方法。 Boules研究了在损耗媒质中冲击雷达的信号检测，在假设信号包络为矩形脉冲的 条件下，提出一种滑动相关检测器；Bretthorst分析了已知接收信号波形的Bayesian 概率检测方法 ;Cooper 提出采用横向滤波器作为匹配滤波的近似来处理单个散射 中心的回波。 随着信号分析和处理技术的发展， 一些新的信号处理

26、方法如子波分 析、高阶谱分析、时频分析、 神经网络等逐渐被应用到 UWB 雷达中。发展了如： 时一频联合处理技术、二阶谱(Birspeetrum分析技术核函数(Kernel)分析技术等。超宽带雷达接收信号处理中， 除了对算法的研究外， 还要设计合理的接收方 案，不同形式的接收机对系统性能有很大影响。在冲击超宽带雷达试验中，普遍 用了采样示波器直接接收回波信号， UWB 微波雷达接收机设计借鉴了传统雷接 收机的特点，并作进一步推广，采用多通道并行处理。超宽带雷达非常适用于雷达目标识别与成像， 特别是频率步进信号能实现距 离高分辨率成像，应用它研制出的 UWBSAR成像雷达可用于遥感探测。六、两种

27、 UWB 雷达的特殊应用：1、 UWB 穿墙雷达( UWBTWDR) 超宽带穿墙成像技术主要来自于现代高分辨率微波雷达成像和超宽带雷达 技术，随着这些技术的逐渐成熟，美国、以色列、英国等许多国家都进行了研究 工作，在建筑物内部结构探测、 运动目标的穿墙检测与定位、 非接触式生命体呼 吸与心跳检测中有广泛的应用。对于墙后目标的检测， 十分适用于军事、 反恐等应用。它也可以通过超声波、 毫米波、 X 射线等途径来解决， 但是超声波传感器容易受环境因素影响使得穿透 性能变差 ；毫米波对于介质的穿透能力相差较大，能穿透塑料、木板等，但是混 凝土和砖头的穿透性非常差 ；而 X 射线对人体的伤害很大，因而

28、超宽带信号具有 相当大的优势。穿墙雷达的工作原理：超宽带穿墙雷达通过发射一个冲击信号s(t)，对障碍物后的被测目标进行探测、定位以及追踪。发射的冲击信号通过墙壁介质层后， 辐射到整个探查区域，遇到目标后会反射，然后接收该回波信号r(t)，对其进行相关的信号处理就可以得到目标的信息。 但是在实际情况中， 回波信号除了被测 目标的信息外，还有杂波， 墙面反射波等许多信号， 所以实际接收的回波信号可 以表示成x(t)，其中包含有目标信息。图8UWB-TWDR有相干与非相干两种成像方法：相干成像方法常采用的是 波束 形成算法。波束形成是阵列天线技术中的一个主要问题，可分为频域方法和时域 方法。非相干成

29、像方法是从几何角度，利用发射信号在发射端和接收端的时间差， 计算出目标所在的空间位置与发射端、 接收端之间的距离，然后通过数值运算以 确定目标的位置。在目标确定中，尤其是人体的确定中，目前应用目标模型参数法，即通过测 定提取经人体反射后的信号特征来分辨人体与其它物体，是比较成功的方法，在穿墙雷达商业化产品中有成熟的应用。2、UWB探地雷达探地雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，在地面通过发射天线(T) 将信号送入地下，经地层界面或目的体反射后返回地面，再由接收天线(R)接收电磁波反射信号，通过对电磁波反射信号的时频特征和振幅特征进行分析，以便了解地层或目的体特征信息的方法。 相比其它地球

30、物理方法如地震法、 直流电流 法、重力法、磁法及电磁法，探地雷达能实现在浅地表高分辨率测量的特点，是 近年来的研究热点，并被成功应用于考古、矿产资源勘探、灾害地质勘查、岩土 工程调查、工程质量检测、工程建筑物调查和军事探测等众多领域。图9图10探地雷达工作原理常见的电磁法的勘探深度与对应频带示意图，大地电磁(MT)、激发极化(IP)、瞬变电磁(TEM)、可控源电磁法(CSEM)、无线电波法(RMT)、甚早期 瞬变电磁法(VETEM)和探地雷达(GPR)及超宽带电磁法(UWBEM)UWB探地雷达应用比探地雷达更宽的频谱， 因此能够比GPR获得更大的探 测范围和更高的分辨率，是近年来探地雷达的发展

31、方向。 UWB探地雷达所探测 的目标是浅地表，具有其不同于一般雷达的特点：(I) 作为传播媒质的土壤是有耗的、不均匀的、色散的，甚至是各向异性的， 且受气候条件、地理条件影响很大，因而导致表征大地电磁特性的几个参数(介电常数、导电率、导磁率)也随之变化，使其电磁特性呈现随机性。(2) 空气一地表界面的存在， 引起比目标回波强很多的地表反射波， 针对浅地 层应用时， 地表反射波和目标回波在时域和频域几乎有相同的特性， 因此难以消 除。(3) 背景目标种类繁多且不规则，产生严重的杂波干扰。(4) 目标处于雷达天线的近场范围，形成天线的近场效应。(5) 目标种类繁多，结构复杂多变。七、UWB 技术研

32、究与应用现状超宽带技术自 20 世纪 90年代以来，获得了国际学术界的高度重视和发展， 各国均投入了巨大的人力物力对其进行研究，或得了大量的理论及应用研究成 果。在通信应用研究中，目前，军用电台在1s内可传输100万个以上脉冲，每个脉冲的能量被展宽在 2GHz 以上的带宽上，并能与其它配对链路以 32Kb/s 的 速率交换数字图像。 民用的超宽带无线通信的研究主要是建立短距离的高速连接 和高速无线个域网。2004年，In tel展示的UWB传输速率高达 480Mbit/s，2005 年中国海尔和Freescale半导体合作生产出了全球第一台基于超宽带的商用产品 数字高清晰电视。超宽带技术在传感

33、器方面也得到了广泛应用。 2003年，P. With in gton等人将 超宽带技术用在传感器网络的无线连接链路上， 采用无线方案， 使得传感器系统 的覆盖范围更大、运行更加安全可靠。 而且超宽带信号本身也可用做传感器， 它 可以在特定区域形成监控区，并且这些区域的大小可以变化。在应用研究中，美国的XtremeSpectrum公司、TimeDomain公司分别推出了 一系列商业化的UWB通信芯片组，而已推出过两代UWB通信芯片的与TI和In tel 公司结盟的Wisair公司也宣布制成了采用OFDM技术的UWB射频芯片。我国一直非常重视UWB技术的研究，在2001年9月初发布的“十五”国家

34、863计划通信技术主题研究项目中，首次将“超宽带无线通信关键技术及其共存 与兼容技术” 作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容， 鼓励国内学者加强 这方面的研究工作。 中国科学技术大学无线网络通信实验室成功地进行了基于脉 冲超宽带技术的无线传输演示。 极窄脉冲信号穿越两堵砖墙和一个走廊， 将一间 实验室内的视频图像传送到另外一间实验室。 这是中国国内首次报道自主研发的 IR-UWB 系统实现无线传输演示。 2004年 5月在北京，海尔集团和飞思卡尔成功 地展示了相距40inch的手提摄录机与等离子平面电视机之间采用DS-UWB技术进行的无线连接， 这是市场首度采用 DS-UWB 融入家庭影音

35、设备的全功能模式。 这证明了 UWB 技术在手持设备上应用的可行性。我国的雷达技术研究者， 也取得一定的初步成果。 西安交通大学研究了超宽 带电磁散射、 西安电子科技大学主要研究了宽带信号处理算法， 国防科技大学建 立了全空域实验冲击雷达模型，在微波暗室内对金属球体、平板、 飞机模型等目 标进行了实验。 这些研究取得了初步成果， 国防科技大学自主研发的穿墙探测与 定位雷达采用双极脉冲作为发射信号， 脉冲宽度为数纳秒至数百皮秒， 信号带宽 超过IGHz。发射信号含有丰富的低频成分，可以穿透砖墙、土墙、木板、石壁、 水泥混凝土等多种类型的非金属障碍物。 但与国外的研究相比， 在试验和应用方 面还存

36、在较大差距， 在可查阅的文献中，很多研究仍然处于算法研究、方法研究 上，而同期国外公司商业化的成熟的产品已经开始上市销售。八、总结 超宽带技术自出现以来， 就以其高带宽、 高组网效率以及其优良的保密通信 能力获得了通信应用领域的青睐， 在其基础上开发了一系列的应用。 同时超宽带 信号所具有的高分辨率也使其在电磁法探测领域获得了大量的研究。 随着时间的 推移，超宽带技术必将在越来越多的领域展现其巨大的生命力， 超宽带技术的研 究将在很长一段时间内受到学术研究界的重视， 我认为其研究方向主要集中在以 下几个方面：一是超宽带信号的构造与产生。 文中介绍了 5 种常见超宽带信号的数学描述 及其波形，然而在实际不同应用中各种不同形式的超