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雷達(dá)信號處理技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 論文的背景及其意義近年來，隨著電子器件技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種雷達(dá)信號處理技術(shù)的理論與應(yīng)用研究成為一大熱門領(lǐng)域。雷達(dá)信號的動目標(biāo)檢測(MAD)是利用動目標(biāo)、地雜波、箔條和氣象干擾在頻譜上的差別，抑制來自建筑物、山、樹、海和雨之類的固定或低速雜波信號。區(qū)分運(yùn)動目標(biāo)和雜波的基礎(chǔ)是它們在運(yùn)動速度上的差別，運(yùn)動速度不同會引起回波信號頻率產(chǎn)生的多普勒頻移不相等，這就可以從頻率上區(qū)分不同速度目標(biāo)的回波。固定雜波的中心頻率位于零頻，很容易設(shè)計(jì)濾波器將其消除。但對于運(yùn)動雜波，由于其多普勒頻移未知，不能像消除固定雜波那樣很容易地設(shè)計(jì)濾波器，其抑制就變得困難了從本質(zhì)上來講，雷達(dá)信號的檢測問題就是對某一坐標(biāo)位置上目標(biāo)信號“有”或“無”的判斷問題。最初，這一任務(wù)由雷達(dá)操作員根據(jù)雷達(dá)屏幕上的目標(biāo)回波信號進(jìn)行人工判斷來完成。后來，出現(xiàn)了自動檢測技術(shù)，一開始為固定或半固定門限檢測，這種體制下當(dāng)干擾和雜波功率水平增加幾分貝，虛警概率將急劇增加，以至于顯示器畫面飽和或數(shù)據(jù)處理過載，這時(shí)即使信噪比很大，也不能作出正確的判斷。為克服這些問題進(jìn)而發(fā)展了自適應(yīng)恒虛警(Constant FalseAlarm Rate，CFAR)檢測。CFAR檢測使得雷達(dá)在多變的背景信號中能夠維持虛警概率的相對穩(wěn)定，這種虛警概率的穩(wěn)定性對于大多數(shù)的雷達(dá)，如搜索警戒雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、火控雷達(dá)等。第二章 雷達(dá)信號數(shù)字脈沖壓縮技術(shù)2.1 引言雷達(dá)脈沖壓縮器的設(shè)計(jì)實(shí)際上就是匹配濾波器的設(shè)計(jì)。根據(jù)脈沖壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)的器件不同，通常脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn)方法分為兩類，一類是用模擬器件實(shí)現(xiàn)的模擬方式，另一類是數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的，主要采用數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)。 脈沖壓縮處理時(shí)必須解決降低距離旁瓣的問題，否則強(qiáng)信號脈沖壓縮的旁瓣會掩蓋或干擾附近的弱信號的反射回波。這種情況在實(shí)際工作中是不允許的。采用加權(quán)的方法可以降低旁瓣，理論設(shè)計(jì)旁瓣可以達(dá)到小于-40dB的量級。但用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)際結(jié)果與理論值相差很大，而用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)際輸出的距離旁瓣與理論值非常接近。數(shù)字脈壓以其許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)正在或已經(jīng)替代模擬器件進(jìn)行脈沖壓縮處理。2.2 數(shù)字脈壓實(shí)現(xiàn)方法 用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮可采用時(shí)域方法或頻域方法。至于采用哪種方法。要根據(jù)具體情況而定，一般而言，對于大時(shí)寬帶寬積信號，用頻域脈壓較好；對于小時(shí)寬帶寬積信號，用時(shí)域脈壓較好。2.2.1 時(shí)域卷積法實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈壓時(shí)域脈沖壓縮的過程是通過對接收信號與匹配濾波器脈沖響應(yīng)求卷積的方法實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)匹配濾波理論，即匹配濾波器是輸入信號的共軛鏡像，并有響應(yīng)的時(shí)移。 用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，輸入信號為，起匹配濾波器為，即匹配濾波器的輸出為輸入離散信號與其匹配濾波器的卷積 (2-1) 式中N為信號采樣點(diǎn)數(shù)。2.2.1 頻域快速卷積法實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈壓 脈沖壓縮過程是對接收信號與匹配濾波器的脈沖響應(yīng)求卷積的過程。由傅立葉變換的性質(zhì)可知，時(shí)域卷積相當(dāng)于頻域相乘。這個(gè)過程可以表示為： 設(shè)輸入離散信號為： 其傅里葉變換為： 匹配濾波器脈沖響應(yīng)為： 其傅里葉變換為： 匹配濾波器輸出為： 其傅里葉變換為：則對式(21)兩邊同時(shí)進(jìn)行傅立葉變換可得： (2-2)又因?yàn)椋?(2-3)帶入式(2-2)可得： (2-4)則輸出為： (2-5)2.3 線性調(diào)頻信號線性調(diào)頻矩形脈沖信號的復(fù)數(shù)表達(dá)式為： (2-6)其中為信號復(fù)包絡(luò)： （2-7）式中T為脈沖寬度，由(2-6)得，信號的瞬時(shí)頻率可寫成： (2-8)瞬時(shí)頻率與時(shí)間成線性關(guān)系，因此稱為線性調(diào)頻信號。其中稱為調(diào)頻斜率，B為調(diào)頻帶寬，即信號的寬度。 2.3.1 線性調(diào)頻信號的頻譜特性 由式(2-7)其頻譜U(f)經(jīng)整理可得： (2-9)2.3.2 線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮 線性調(diào)頻脈沖發(fā)射信號具有拋物線式的非線性相位譜且TB1,具備了實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮的前提條件，為了實(shí)現(xiàn)壓縮，在接收機(jī)中設(shè)置一個(gè)與發(fā)射信號“共軛匹配”的壓縮網(wǎng)絡(luò)。線性調(diào)頻脈沖的基本原理可用圖2.1說明。 圖2.1 線性調(diào)頻脈沖壓縮的基本原理圖2.1(a),(b)表示接收機(jī)輸入信號，脈沖寬度為，載頻由到線性增長變化，調(diào)制頻偏，調(diào)制斜率 。圖2.1(c)為壓縮網(wǎng)絡(luò)的頻率一時(shí)延續(xù)特性也按線性變化。因此，線性調(diào)頻信號低頻分量()最先進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，延時(shí)最長為，相隔脈沖寬度的高頻分量()最后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，延時(shí)最短為。這樣，線性調(diào)頻信號的不同頻率分量，幾乎同時(shí)從網(wǎng)絡(luò)輸出，壓縮成單一載頻的窄脈沖，其理想輸出信號包絡(luò)如圖2.1(d)所示。 線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮是通過匹配濾波器得到的，如果輸入信號的頻率特性為： (2-10) 那么匹配濾波器的頻率特性應(yīng)滿足下式： (2-11) 若令： (2-12) 則可得： (2-13)上式中壓縮濾波器的群延遲特性(頻率-延時(shí)特性)為： (2-14)是與濾波器物理實(shí)現(xiàn)有關(guān)的一個(gè)附加延時(shí)?？傻镁€性調(diào)頻脈沖壓縮濾波器的輸出信號為： (2-15)實(shí)際情況下取實(shí)信號表示為： (2-16)當(dāng)輸入信號 的多普勒效率時(shí)，匹配濾波器的輸出表達(dá)式為： (2-17) 上式說明當(dāng)時(shí)，輸出脈沖具有sinc函數(shù)型包絡(luò)，-4dB主瓣寬度為1/B，第一旁瓣高度約為-13.4dB，其他旁瓣隨其主瓣的間隔x按1/x的規(guī)律衰減，旁瓣零點(diǎn)間隔為1B。如果輸入脈沖幅度為1，且匹配濾波器在通帶內(nèi)傳輸系數(shù)為1，則輸出脈沖幅度為，D=BT表示輸入脈沖和輸出脈沖的寬度比，稱為壓縮比。當(dāng)時(shí)，sinc函數(shù)包絡(luò)將產(chǎn)生位移，引起測距誤差，同時(shí)輸出脈沖幅度略有下降。 第三章 動目標(biāo)MTD技術(shù) MTD屬于帶通濾波，其實(shí)是一組窄帶濾波器組，由于進(jìn)入每個(gè)濾波器通帶之內(nèi)的噪聲和雜波較少，因此每個(gè)濾波器輸出端的雜波改善因子較高(靠近雜波譜附近的濾波器除外)。對于MTD濾波器組中的一個(gè)濾波器來說，該濾波器對于其通帶之內(nèi)的目標(biāo)接近于最佳濾波器。另外，為了防止雜波(主要為地雜波)由濾波器的旁瓣進(jìn)入濾波器而影響雜波改善因子的提高，在MTD濾波器之前通常加MTI處理，同時(shí)還需要對MTD的每個(gè)濾波器進(jìn)行加權(quán)，使其副瓣“電平”較低，這樣濾波器的雜波改善因子就提高。3.1 雜波特性 地物雜波和氣象雜波是兩類有代表性的雜波，它們在雷達(dá)的整個(gè)作用距離上都有可能出現(xiàn)，在較近的作用距離上，地物雜波是主要因素，它在距離上的分布不均勻，可能成片出現(xiàn)，也可能點(diǎn)狀片狀出現(xiàn)，相鄰分辨單元的地物雜波幅度可能相差很大。氣象雜波的多普勒頻移是由所在區(qū)域的風(fēng)引起的，分布較為均勻。一般而言地雜波的強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于氣象雜波。常用的雜波模型是根據(jù)雜波的一次和二次統(tǒng)計(jì)規(guī)律建立的，雜波時(shí)間序列是符合一定條件的相關(guān)隨機(jī)過程。下面用頻域方法來生成高斯譜的雜波數(shù)據(jù)設(shè)給定的雜波的功率譜分布：比如高斯型的雜波功率譜為： (3-1)其中，為則由天線掃描引起的雜波譜展寬。給它增加隨機(jī)相位序列： (3-2) 其中是在0,2上的均勻分布的隨機(jī)變量。則所求雜波在頻域的表示為： (3-3) 對上式進(jìn)行傅里葉反變換，得到的時(shí)間序列： (3-4)圖3.1 雜波仿真數(shù)據(jù)3.2 雜波的頻譜3.2 多普勒濾波器組設(shè)計(jì)要對回波相參脈沖串做匹配濾波，必須知道目標(biāo)的多普勒頻移以及天線掃描對脈沖串的調(diào)制作用。在實(shí)際工作中，多普勒頻移是未知的，因此需要采用一組相鄰且部分重疊的濾波器組，覆蓋整個(gè)多普勒范圍，這就是多普勒濾波器組。其特性如圖31所示。圖3.3 多普勒濾波器組的特性 MTD是一組部分重疊的多普勒濾波器來實(shí)現(xiàn)的，多普勒濾波器組可以用FIR橫向?yàn)V波器來實(shí)現(xiàn)，具有N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器(N個(gè)脈沖)，經(jīng)過各脈沖不同的加權(quán)求和后，可以做成N個(gè)相鄰的窄帶濾波器組。該濾波器組的頻率覆蓋范圍從0到，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖3.4所示，頻率響應(yīng)如圖3.5所示。FIR橫向?yàn)V波器有N-1個(gè)延遲線，每個(gè)延遲線的延遲時(shí)間。設(shè)在N個(gè)輸出端頭的加權(quán)值為： 圖3.4 FIR橫向?yàn)V波器組成圖3.5 濾波器的響應(yīng) (3-5)式中i表示第i個(gè)抽頭，k表示從0到N-1的 ，每一個(gè)k值對應(yīng)一組不同的加權(quán)值，相應(yīng)的對應(yīng)一個(gè)不同的多普勒濾波器響應(yīng)，由k表示的N個(gè)濾波器組成濾波器組，圖3.5所示為按式(3-5)加權(quán)所得標(biāo)記k的濾波器響應(yīng)。用橫向?yàn)V波器按式(3-5)加權(quán)的脈沖響應(yīng)為： (3-6)其頻率響應(yīng)為： (3-7)濾波器振幅特性是頻率響應(yīng)取幅值，即 (3-8)濾波器峰值產(chǎn)生于或者 ；k=0時(shí)，濾波器峰值位置為，即該濾波器的中心位置在零頻率以及重復(fù)頻率的整數(shù)倍處，這個(gè)濾波器對地雜波沒有抑制能力。當(dāng)時(shí)，峰值響應(yīng)產(chǎn)生在以及等等，對于，峰值響應(yīng)時(shí)的依次類推。因而每一個(gè)k值決定一個(gè)獨(dú)立的濾波器響應(yīng)，全部的濾波器響應(yīng)覆蓋了從零到的頻率范圍。第四章 恒虛警檢測技術(shù) 雷達(dá)系統(tǒng)通常要求能夠在比熱噪聲更為復(fù)雜和不確知的背景環(huán)境中檢測目標(biāo)的存在并保持給定的虛警概率，為此必須采用自適應(yīng)門限檢測電路。在沒有(感興趣的)目標(biāo)存在時(shí)，利用自動檢測電路來估測接收機(jī)的輸出，以保持一個(gè)恒虛警率的系統(tǒng)便稱為恒虛警率(Constant False Alarm Rate，CFAR)系統(tǒng)。 從噪聲中檢測信號的理論會經(jīng)常用到概率密度函數(shù)，表示噪聲的統(tǒng)計(jì)分布。窄帶濾波器輸出噪聲的包絡(luò)服從瑞利分布，噪聲經(jīng)線性包絡(luò)檢波后，檢波器的輸出信號幅度也服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)為： (4-1)其中，x為檢測輸出包絡(luò)的幅度，為干擾噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。 如果檢測門限為，當(dāng)包絡(luò)幅度超過門限時(shí)，判斷為存在目標(biāo)，則噪聲包絡(luò)幅度超過門限的概率： (4-2)這樣，當(dāng)固定門限檢測時(shí)(不變)，由于接收信號中只有噪聲分量，當(dāng)干擾強(qiáng)度(變化)，會引起虛警率的變化。 如果按取歸一化，令，則(4-1)可 表示為： (4-3)很顯然，變量的分布與噪聲強(qiáng)度無關(guān)。這樣對用門限就不會因噪聲強(qiáng)度改變而引起虛警概率的變化，能夠控制虛警率，實(shí)現(xiàn)恒虛警率為： (4-4)所以CFAR的關(guān)鍵就是求出標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行歸一化處理。求模原始視頻輸出過門限檢測取對數(shù)視頻積累 休止期取樣均值 圖4.1 噪聲CAFR檢測原理框圖 圖4.1所示為脈沖多普勒雷達(dá)中噪聲CFAR恒虛警檢測的典型結(jié)構(gòu)，首先對距離單元的視頻回波信號進(jìn)行疊加，也就是相參積累脈沖后的零通道(MTD的零通道)，對零通道進(jìn)行求模取對數(shù)后就可以做簡單的噪聲環(huán)境CFAR。因?yàn)槭堑烷T限虛警檢測，取雷達(dá)發(fā)射機(jī)休止期的幾十個(gè)AD采樣數(shù)據(jù)的均值作為噪聲門限進(jìn)行過門限檢測，由于沒有經(jīng)過雜波抑制處理，所以該方法可以真實(shí)反映地雜波、氣象雜波以及干擾等背景環(huán)境。第五章 雷達(dá)系統(tǒng)的各分塊的仿真5.1 雷達(dá)系統(tǒng)的框圖模擬雷達(dá)產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號模擬目標(biāo)產(chǎn)生的回波串系統(tǒng)噪聲總回波脈沖壓縮MTIMTD圖5.1 雷達(dá)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖5.2 各模塊仿真結(jié)果5.2.1 系統(tǒng)摘要 該雷達(dá)系統(tǒng)是分別模擬一個(gè)雷達(dá)和三個(gè)目標(biāo)，雷達(dá)分別向目標(biāo)發(fā)射線性調(diào)頻信號，得到反饋的目標(biāo)回波串，與系統(tǒng)噪聲相加就產(chǎn)生了總的回波信號。并且對這些信號進(jìn)行脈壓、MTI、MTD處理，從而得到需要的的信號。 5.2.2 模擬雷達(dá)產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號 首先模擬一個(gè)用來發(fā)射與接收信號的雷達(dá)，其代碼與產(chǎn)生參數(shù)如下： C=3.0e8;RF=3.140e9; Lambda=C/RF; PulseNumber=32; BandWidth=1.0e6; TimeWidth=50e-6; PRT=1024e-6; PRF=1/PRT; Fs=4.0e6; NoisePower=-12; T=PRT; t=0:1/Fs:T-1/Fs; a=C/2/Fs; ttt=(1:4096)*37.5; caiyangdian=3.75; SampleNumber=fix(Fs*PRT); TotalNumber=SampleNumber*PulseNumber; number=fix(Fs*TimeWidth); if rem(number,2)=0 number=number+1;end for i=-fix(number/2):fix(number/2)-1; Chirp(i+fix(number/2)+1)=exp(j*(pi*(BandWidth/TimeWidth)*(i/Fs)2);end coeff=conj(fliplr(Chirp); sref_f=fft(coeff,8192);5.2.3 模擬目標(biāo)產(chǎn)生的回波串 首先模擬三個(gè)目標(biāo)，其參數(shù)和產(chǎn)生代碼如下：TargetNumber=3;SigPower(1:TargetNumber)=5,3,1;TargetDistance(1:TargetNumber)=35000,53000,69000;DelayNumber(1:TargetNumber)=fix(Fs*2*TargetDistance(1:TargetNumber)/C);TargetVelocity(1:TargetNumber)=0,30,10;TargetFd(1:TargetNumber)=2*TargetVelocity(1:TargetNumber)/Lambda;SignalAll=zeros(1,TotalNumber);for k=1:TargetNumber SignalTemp=zeros(1,SampleNumber); SignalTemp(DelayNumber(k)+1:DelayNumber(k)+number)=sqrt(SigPower(k)*Chirp; Signal=zeros(1,TotalNumber);for i=1:PulseNumberSignal(i-1)*SampleNumber+1:i*SampleNumber)=SignalTemp;endFreqMove=exp(j*2*pi*TargetFd(k)*(0:TotalNumber-1)/Fs);Signal=Signal.* FreqMove;SignalAll=SignalAll+Signal;end5.2.4 系統(tǒng)噪聲 由于以上產(chǎn)生的回波信號是接近于理想情況下的信號，與實(shí)際接收的信號有很大差異，因此需要模擬一個(gè)系統(tǒng)噪聲來使信號接近于現(xiàn)實(shí)情況的信號。系統(tǒng)噪聲的產(chǎn)生代碼如下：SystemNoise=1.8*(normrnd(0,10(NoisePower/10),1,TotalNumber)+j*normrnd(0,10(NoisePower/10),1,TotalNumber);5.2.5 總回波將以上得到的模擬目標(biāo)回波串與系統(tǒng)噪聲相加就可以得到雷達(dá)接收的總回波。產(chǎn)生代碼如下： Echo=SignalAll+SystemNoise; plot(real(Echo(1:4096);title(一個(gè)脈沖周期的回波信號); xlabel(采樣點(diǎn)數(shù)); ylabel(幅度);5.2.6 脈沖壓縮 在進(jìn)行脈沖壓縮處理之前，首先要獲得相應(yīng)于雷達(dá)發(fā)射信號的脈沖壓縮系數(shù)。在實(shí)際工程中，對脈沖壓縮的處理往往是在頻域?qū)崿F(xiàn)的，因?yàn)檫@樣可以利用FFT算法提高計(jì)算速度，然后將雷達(dá)回波與匹配濾波器的頻域響應(yīng)相乘，在經(jīng)過IFFT變換，從而得到脈沖壓縮處理的結(jié)果。程序如下所示：a=Echo(1:4096);ss1=fft(a);signal_1=zeros(1,floor(4096/4),ss1(ceil(4096/2+1:4096),zeros(1,floor(4096/4);signal_range_match=zeros(1,ceil(4096/2)-ceil(length(Chirp)/2),Chirp,zeros(1,4096/2-ceil(length(Chirp)/2);b=(ifft(ss1.*conj(fft(fftshift(signal_range_match);figure,plot(abs(b);title(脈沖壓縮結(jié)果);xlabel(采樣點(diǎn)數(shù));ylabel(幅度);figure,plot(ttt,abs(b);title(脈沖壓縮結(jié)果);xlabel(距離（m）);ylabel(幅度);5.2.7 MTI MTI可以對消靜止目標(biāo)與最低目標(biāo)，可以有效地抑制雜波。采用滑動對消，其表達(dá)式為。其程序如下所示：function I,Q=mti(zI,zQ,M,m)for n=1:m-1 I(n,1:M/4)=zI(n+1,1:M/4)-zI(n,1:M/4); Q(n,1:M/4)=zQ(n+1,1:M/4)-zQ(n,1:M/4); endz=sqrt(I(1,:).2+Q(1,:).2);figure(7);plot(z(1,1:M/4);title(MTI后波形);return5.2.8 MTD(動目標(biāo)檢測) MTD可以區(qū)分不同速度的目標(biāo)，具有測速的作用。其程序如下所示：clear;clc;close all;fr=1.6e3;%脈沖重復(fù)頻率tr=1/fr;%脈沖重復(fù)周期fs=1e6;%采樣頻率ts=1/fs;%采樣周期f_doppler=800;%多普勒頻率t=0:1/fs:tr-1/fs;%一個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間軸x=ones(1,2);%回波中目標(biāo)的回波n=length(x);N=fs/fr;x_1=zeros(1,120),x,zeros(1,N-120-n);%一個(gè)脈沖回波x_18=repmat(x_1,1,18);%18個(gè)脈沖回波,其中兩個(gè)為填充脈沖,一個(gè)相關(guān)處理間隔為16*trt_18=(0:length(x_18)-1)*ts;s_doppler=exp(j*2*pi*f_doppler*t_18);%多普勒調(diào)制信號 %s_doppler=cos(2*pi*f_doppler*t_18);%多普勒調(diào)制信號randn(state, sum(100*clock);%Initialize randn to a different state each times_noise_i=0.1*randn(1,length(s_doppler);randn(state, sum(100*clock);%Initialize randn to a different state each times_noise_q=0.1*randn(1,length(s_doppler);y=x_18.*s_doppler+s_noise_i+s_noise_q*j;%附帶多普勒的動目標(biāo)回波 %y=x_18; subplot(211) plot(t_18,real(y); subplot(212) plot(t_18,imag(y);%固定雜波對消處理%yt=reshape(y,length(y)/18,18);for i=1:16 s_mti(i,:)=yt(i,:)+yt(i+2,:)-2*yt(i+1,:);%三脈沖對消% s_mti(i,:)=yt(i,:)-yt(i+1,:);%兩脈沖對消end% s_mti=s_mti/max(max(s_mti);% s_mti=yt(1:16,:);%采用FFT進(jìn)行MTD處理%M=16;L=length(s_mti);for i=1:L s_temp=s_mti(:,i);%不加權(quán) % s_temp=s_mti(:,i).*hamming(M);%Hamming 加權(quán)FFT % s_temp=s_mti(:,i).*chebwin(M);%切比雪夫 加權(quán)FFT s_mtd(:,i)=fft(s_temp,M);end;figuret=0:ts:(length(s_mtd)-1)*ts;subplot(241),plot(t,abs(s_mtd(1,:),title(（第0通道）);subplot(242),plot(t,abs(s_mtd(2,:),title(（第1通道）);subplot(243),plot(t,abs(s_mtd(3,:),title(（第2通道）);subplot(244),plot(t,abs(s_mtd(4,:),title(（第3通道）);subplot(245),plot(t,abs(s_mtd(5,:),title(（第4通道）);subplot(246),plot(t,abs(s_mtd(6,:),title(（第5通道）);subplot(247),plot(t,abs(s_mtd(7,:),title(（第6通道）);subplot(248),plot(t,abs(s_mtd(8,:),title(（第7通道）);figuresubplot(241),plot(t,abs(s_mtd(9,:),title(（第8通道）);subplot(242),plot(t,abs(s_mtd(10,:),title(（第9通道）);subplot(243),plot(t,abs(s_mtd(11,:),title(（第10通道）);subplot(244),plot(t,abs(s_mtd(12,:),title(（第11通道）);subplot(245),plot(t,abs(s_mtd(13,:),title(（第12通道）);subplot(246),plot(t,abs(s_mtd(14,:),title(（第13通道）);subplot(247),plot(t,abs(s_mtd(15,:),title(（第14通道）);subplot(248),plot(t,abs(s_mtd(16,:),title(（第15通道）);程序運(yùn)行結(jié)果如下所示：MTD處理clear;clc;close all;fr=1.6e3;%脈沖重復(fù)頻率tr=1/fr;%脈沖重復(fù)周期fs=1e6;%采樣頻率ts=1/fs;%采樣周期f_doppler=1000;%多普勒頻率t=0:1/fs:tr-1/fs;%一個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間軸x=ones(1,2);%回波中目標(biāo)的回波n=length(x);N=fs/fr;x_1=zeros(1,120),x,zeros(1,N-120-n);%一個(gè)脈沖回波x_8=repmat(x_1,1,8);%8個(gè)脈沖回波,一個(gè)相關(guān)處理間隔為8*trt_8=(0:length(x_8)-1)*ts;s_doppler=exp(j*2*pi*f_doppler*t_8);%多普勒調(diào)制信號 %s_doppler=cos(2*pi*f_doppler*t_8);%多普勒調(diào)制信號randn(state, sum(100*clock);%Initialize randn to a different state each times_noise_i=0.1*randn(1,length(s_doppler);randn(state, sum(100*clock);%Initialize randn to a different state each times_noise_q=0.1*randn(1,length(s_doppler);y=x_8.*s_doppler+s_noise_i+s_noise_q*j;%附帶多普勒的動目標(biāo)回波 %y=x_8; figure(Name,附帶多普勒的動目標(biāo)回波顯示) subplot(211) plot(t_8,real(y); subplot(212) plot(t_8,imag(y); % 產(chǎn)生8個(gè)FIR濾波器的濾波器組 %a0= 7.135916968387e-010,1.568395747901e-008,5.471539757694e-008,9.376656588003e-008,. 9.376656588003e-008,5.471539757694e-008,1.568395747901e-008,7.135916968387e-010*1e10;n=1:8;f=linspace(0.61,1.388,8)*pi;fn=f*n;fnexp=exp(j*fn);a08=repmat(a0,1,8);a08=reshape(a08,8,8);b=a08.*fnexp;% FIR濾波器的濾波器組的頻率響應(yīng)曲線 %figure(Name,FIR濾波器的濾波器組的頻率響應(yīng)曲線);for n=1:8 freqz(b(n,:),1,1024,whole,fr) hold on;endaxis(0 fr -50 100);% FIR濾波器的濾波器組的頻率響應(yīng)曲線 % 產(chǎn)生8個(gè)FIR濾波器的濾波器組 %yt=reshape(y,length(y)/8,8);% 采用FIR進(jìn)行MTD處理 %M=8;L=length(yt);for i=1:L s_temp=yt(:,i); s_mtd(:,i)=b*s_temp; end% 采用FIR進(jìn)行MTD處% MTD處理結(jié)果顯示 % MTD各通道結(jié)果顯示 %t=0:ts:(length(s_mtd)-1)*ts;figure(Name,MTD各通道結(jié)果顯示)subplot(241),plot(t,abs(s_mtd(1,:),title(（第1通道）);subplot(242),plot(t,abs(s_mtd(2,:),title(（第2通道）);subplot(243),plot(t,abs(s_mtd(3,:),title(（第3通道）);subplot(244),plot(t,abs(s_mtd(4,:),title(（第4通道）);subplot(245),plot(t,abs(s_mtd(5,:),title(（第5通道）);subplot(246),plot(t,abs(s_mtd(6,:),title(（第6通道）);subplot(247),plot(t,abs(s_mtd(7,:),title(（第7通道）);subplot(248),plot(t,abs(s_mtd(8,:),title(（第8通道）);% MTD各通道結(jié)果顯示 % MTD距離維結(jié)果顯示 %figure(Name,MTD距離維結(jié)果顯示);plot(max(abs(s_mtd)% MTD距離維結(jié)果顯示 % MTD速度維結(jié)果顯示 %figure(Name,MTD速度維結(jié)果顯示)plot(1:8,(max(abs(s_mtd)% MTD處理結(jié)果顯示 %附錄 1 程序代碼 第3題: % T_3.m %clear allclcclftaup=1; %脈沖寬度 100usb=10; %帶寬 up_down=-1; %up_down=-1正斜率， up_down=1負(fù)斜率x=lfm_ambg(taup,b,up_down); %計(jì)算模糊函數(shù) taux=-1.1*taup:.01:1.1*taup;fdy=-b:.01:b;figure(1) mesh(100*taux,fdy./10,x) %畫模糊函數(shù)xlabel(Delay - mus)ylabel(Doppler - MHz)zlabel(| chi ( tau,fd) |)title(模糊函數(shù))figure(2)contour(100.*taux,fdy./10,x) %畫等高線xlabel(Delay - mus)ylabel(Doppler - MHz)title(模糊函數(shù)等高線)grid onN_fd_0=(length(fdy)+1)/2; % fd=0 的位置x_tau=x(N_fd_0,:); % 時(shí)間模糊函數(shù)figure(3)plot(100*taux,x_tau)axis(-110 110 0 1)xlabel(Delay - mus)ylabel(| chi ( tau,0) |)title( 時(shí)間模糊函數(shù))grid onN_tau_0=(length(taux)+1)/2; % tau=0 的位置x_fd=x(:,N_tau_0); % 速度模糊函數(shù)figure(4)plot(fdy./10,x_fd)xlabel(Doppler - MHz)ylabel(| chi ( 0,fd) |)title( 速度模糊函數(shù))grid onx_db=20*log10(x+eps);I,J=find(abs(x_db+6)0.09); %取6db點(diǎn)的位置I=(I-b/.01)/(1/.01); %Doppler維 坐標(biāo)變換J=(J-1.1*taup/.01)/(1/.01); %時(shí)間維 坐標(biāo)變換figure(5) %6db 的等高線plot(J*100,I/10,.) axis(-110 110 -1 1)xlabel(Delay - mus)ylabel(Doppler - MHz)title(模糊函數(shù) 6db 的等高線)grid on%- - - - 模糊函數(shù) - - -function x=lfm_ambg(taup,b,up_down)% taup 脈沖寬度; % b 帶寬;%up_down=-1正斜率， up_down=1負(fù)斜率eps=0.0000001;i=0;mu=up_down*b/2./taup;for tau=-1.1*taup:.01:1.1*taup i=i+1; j=0; for fd=-b:.01:b j=j+1; val1=1-abs(tau)/taup; val2=pi*taup*(1-abs(tau)/taup); val3=(fd+mu*tau); val=val2*val3+eps; x(j,i)=abs(val1*sin(val)/val); endend %第4題:%T_4.m% 利用頻域處理方法進(jìn)行脈沖壓縮 %clear allclcclfeps = 1e-10;Te=100e-6; %脈沖帶寬Bm=1e6; %調(diào)頻mu=Bm/Te; %調(diào)頻斜率Ts=1/(2*Bm); %采樣周期Ns=fix(Te/Ts); %采樣點(diǎn)數(shù)Nf=1024; % fft點(diǎn)數(shù)t=0:Ts:Te-Ts; y=exp(j*pi*mu*t.2); %脈沖壓縮前的線形調(diào)頻信號yfft = fft(y,Nf) ;h=zeros(1,Ns);for i=1:Ns h(i)=conj(y(Ns-i+1);endhfft= fft(h,Nf); % 匹配濾波器的頻域響應(yīng)ycomp =abs(ifft(yfft .*hfft); %脈沖壓縮 maxval = max (ycomp);ycomp = eps + ycomp ./ maxval; % 利用最大值歸一化ycomp_db=20*log10(ycomp); %取對數(shù)% 加窗處理 %win = hamming(Ns);h_w=h.*win; % 加窗hfft_w=fft(h_w,Nf); % 加窗的匹配濾波器的頻域響應(yīng)ycomp_w = abs(ifft(yfft .*hfft_w); %脈沖壓縮 maxval1 = max(ycomp_w);val=ycomp_w ;ycomp_w = eps + ycomp_w ./ maxval; % 利用ycomp的最大值歸一化ycomp_w1 = eps + val./ maxval1; % 利用ycomp_w的最大值歸一化ycomp_w_db=20*log10(ycomp_w); %取對數(shù)ycomp_w1_db=20*log10(ycomp_w1); %取對數(shù)%tt =0:Ts:2*Te-Ts;figure(1)plot (tt,ycomp_db(1:2*Ns),g)axis(.2*Te 1.8*Te -60 0 )xlabel (t - seconds );ylabel( db)title(沒有加窗的脈沖壓縮輸出)grid onfigure(2)plot (tt,ycomp_w1_db(1:2*Ns),r)axis(.2*Te 1.8*Te -60 0 )xlabel (t - seconds );ylabel( db)title(加窗的脈沖壓縮輸出)grid onfigure(3)plot (tt,ycomp_db(1:2*Ns),g,tt,ycomp_w_db(1:2*Ns),r)axis(.7*Te 1.3*Te -60 0 )xlabel (t - seconds );ylabel( db)legend(未加窗,加窗);title(脈沖壓縮輸出對比)grid on%第5題: % T_5.m%SNR與距離的關(guān)系 %clear allclceps=1e-10;c = 3.0e+8; % speed of lightlambda =0.03; % 波長pt=20; %峰值功率lambda=0.03; %波長tao=100e-6; %發(fā)射脈沖寬度G_db=30; %天線增益 in dbsigma=1000; %RCS k=1.38e-23; % Boltzmans constant To=290; %標(biāo)準(zhǔn)室溫F_db=2; % 噪聲系數(shù) in db L_db=5; % 系統(tǒng)損失 in dbR=70e3:-100:0; %距離val=10*log10(pt*tao*lambda2*sigma)/(4*pi)3*k*To)+2*G_db-F_db-L_db;SNR=val-40*log10(R);figure(1)plot(R./1e3,SNR)title(SNR與距離的關(guān)系)xlabel(距離 - km)ylabel(SNR - db)grid onSNR1=val-40*log10(70e3)%計(jì)算R=70km時(shí)的SNR%第6題:% T_6.m clear allclc lembda=0.03; %波長fr=1200; %重復(fù)頻率tra=180/pi; % 度到弧度的轉(zhuǎn)化量alpha=31/tra; % t=0時(shí)彈艦徑向與目標(biāo)航向的夾角alpha_p=30/tra;% 導(dǎo)彈運(yùn)動方向與目標(biāo)航向的夾角Ro=70e3; % t=0時(shí)的彈艦距離Vs=10; % 艦船速度Va=680; % 導(dǎo)彈速度OM=Ro*sin(alpha); % t=0時(shí) 彈艦垂直距離MP=Ro*cos(alpha); % t=0時(shí) 彈艦垂直距離%t=0:1/fr:10;OM_t=OM-0.5*Va.*t; % t時(shí)刻 彈艦垂直距離MP_t=MP-Vs.*t-sqrt(3)*Va.*t/2;% t時(shí)刻 彈艦垂直距離alpha_t=atan(OM_t./MP_t); %t時(shí)刻彈艦徑