超宽带信号对植物叶簇和砖墙具有很强的穿透能力,可以探测到砖体墙壁后及茂密叶簇下等复杂环境中的隐蔽目标;而且超宽带信号在通信过程中还具有传输速率高、信息容量大以及抗多径干扰等诸多优点,因此,在目标探测和通信领域,超宽带技术引起了广泛的关注和深入的研究。本文以拓展无线传感器网络(WSN)的外部应用环境为背景,研究设计一种以穿墙探测为主要功能的超宽带雷达传感器。实际使用时,可将该传感器用作WSN的节点进行布控,来提高WSN对隐蔽目标的探测能力。针对本文提出的超宽带雷达传感器,本文首先论述了传感器的基本结构和工作原理,规范了主要的性能指标;随后,本文对超宽带雷达传感器的核心技术——超宽带脉冲信号的产生、发射与接收技术开展了深入的研究,设计了一种性能优良的超宽带脉冲信号发生器和超宽带Vivaldi天线,并对设计方法分别进行了仿真和实验验证。主要内容如下:1.根据UWB雷达方程,确定了收发天线的增益、目标表面的反射系数以及墙体透射系数等参数对雷达探测距离的影响;论述了雷达传感器的系统结构和测距原理;探讨了雷达传感器的探测距离与脉冲信号发射功率之间的关系。2.分析比较了几种不同类型的脉冲信号发生器的优势和不足,从提高脉冲信号的幅值和缩短脉冲信号的持续时间的角度出发,研究设计了一种综合利用射频三极管的雪崩特性和阶跃恢复二极管的快速阶跃特性的脉冲信号发生器。对脉冲信号发生器进行了仿真和实验测试,仿真结果表明,该脉冲信号发生器可输出持续时间为600ps,峰-峰值为4V的周期型脉冲,且脉冲波形的对称性良好。在实测条件下,脉冲持续时间约为3.2ns,峰-峰值为3.4V左右,且波形对称性良好,存在一定的拖尾和振铃。实验结果与仿真结果之间存在一定偏差。3.论述了Vivaldi天线的发展历程,分析了几种不同的扩展天线带宽的方法。以收发本文设计产生的脉冲信号为目标,研究设计了一种传统型超宽带Vivaldi天线,改进了天线的微带线-槽线转换巴伦,并探讨了不同的指数渐变率对天线辐射性能的影响。仿真测试表明,该天线的低频截止频率在0.25GHz,高频截止频率在3GHz以上,且辐射特性和极化特性良好,能够达到收发超宽带脉冲信号的需求。4.针对本文提出的超宽带雷达传感器对控制系统的需求,设计了一种由ARM和延时芯片组成的控制系统,结合控制系统的功能对ARM和延时芯片进行了电路设计,给出了控制系统软件层的程序流程图,并结合雷达传感器的测距原理对流程图的时间和逻辑顺序进行了论证。