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根据探测目标的性质可以将目标分为线性目标和非线性目标。线性目标在受到电磁波照射时只会散射基波信号,非线性目标在受到电磁波照射时不仅会散射基波信号,还会散射谐波信号。半导体PN结就是典型的非线性目标,当半导体PN结受到电磁波照射时会散射基波和谐波信号,在其散射的谐波信号中功率最强的是二次谐波信号。本文以此为研究背景,对单目标和集群目标产生的二次谐波信号的探测展开研究,主要研究了谐波雷达的调制方式、测距方法、码型选择、接收端信号的检测跟踪以及基带部分FPGA实现的关键技术。本文主要贡献如下:（1）在信号调制方面,如果采用传统的二相编码方法,在谐波雷达接收端无法对半导体PN结散射的二次谐波信号进行有效解调。将二相编码信号的初始相位由0度和180度改为0度和90度,可完成对二次谐波信号的有效解调。（2）针对当前存在的谐波雷达大多探测精度低,有些甚至无法测距的问题,本文提出了载波相位测距的方法。文中对伪码和载波相位的测距精度分别进行了仿真分析,结果表明利用载波相位测距的精度要远高于利用伪码测距的精度。为了能够检测出低于系统噪声水平的弱功率信号,利用伪随机码的处理增益来提高系统灵敏度。（3）在谐波雷达的接收端,为了实现对目标的有效检测,利用了匹配滤波的方法。半导体PN结散射的二次谐波信号十分微弱,为了获得精准的相位信息,采用了Costas环技术。Costas环输出的是压控振荡器的输出信号,此信号保留了接收到的二次谐波信号的相位信息,并且其幅度和信噪比都要优于接收到的二次谐波信号。为了提高Costas环的稳定性及解决载波相位测距的整周模糊度问题,采用了码环辅助载波环的设计方法。环境及系统的噪声会使环路输出的相位信息引入误差,通过卡尔曼滤波器对接受到的二次谐波信号进行去噪处理,有效降低了环路输出的相位误差。（4）硬件设计上,本文提出了完整的硬件架构。对基带信号处理部分的关键技术在ISE上完成了FPGA设计,并给出了RTL级仿真验证图。设计过程中,为了节约硬件资源采用了基于CORDIC算法的数控振荡器。最后,通过仿真验证可知本方案在信噪比为0d B的情况下,平均探测误差仅为1.76cm。