雷達(dá)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告[圖表相關(guān)]

1、雷達(dá)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告雷達(dá)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)班級(jí): 姓名： 學(xué)號(hào)： 圖表一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1.產(chǎn)生仿真發(fā)射信號(hào)：雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻脈沖信號(hào)，IQ兩路；2.觀察信號(hào)的波形，及在時(shí)域和頻域的包絡(luò)、相位； 3.產(chǎn)生回波數(shù)據(jù)：設(shè)目標(biāo)距離為R=0、5000m； 4.建立匹配濾波器，對(duì)回波進(jìn)行匹配濾波； 5.分析濾波之后的結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境 matlab三、 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 脈沖寬度 T=10e-6; 信號(hào)帶寬 B=30e6;調(diào)頻率 =B/T; 采樣頻率 Fs=2*B; 采樣周期 Ts=1/Fs; 采樣點(diǎn)數(shù) N=T/Ts;匹配濾波器 h(t)=St*(-t) 時(shí)域卷積conv ，頻域相乘fft， t=linspace(T

2、1,T2,N);4、 實(shí)驗(yàn)原理1、匹配濾波器原理：在輸入為確知加白噪聲的情況下，所得輸出信噪比最大的線性濾波器就是匹配濾波器，設(shè)一線性濾波器的輸入信號(hào)為： 其中：為確知信號(hào)，為均值為零的平穩(wěn)白噪聲，其功率譜密度為。 設(shè)線性濾波器系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)為，其頻率響應(yīng)為，其輸出響應(yīng)： 輸入信號(hào)能量： 輸入、輸出信號(hào)頻譜函數(shù)： 輸出噪聲的平均功率： 利用Schwarz不等式得： 上式取等號(hào)時(shí)，濾波器輸出功率信噪比最大取等號(hào)條件： 當(dāng)濾波器輸入功率譜密度是的白噪聲時(shí)，MF的系統(tǒng)函數(shù)為： 為常數(shù)1，為輸入函數(shù)頻譜的復(fù)共軛，也是濾波器的傳輸函數(shù) 。 為輸入信號(hào)的能量，白噪聲的功率譜為 只輸入信號(hào)的能量和白噪聲功率

3、譜密度有關(guān)。白噪聲條件下，匹配濾波器的脈沖響應(yīng)： 如果輸入信號(hào)為實(shí)函數(shù)，則與匹配的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)為： 為濾波器的相對(duì)放大量，一般。匹配濾波器的輸出信號(hào)： 匹配濾波器的輸出波形是輸入信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的倍，因此匹配濾波器可以看成是一個(gè)計(jì)算輸入信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)器，通常=1。 2、線性調(diào)頻信號(hào)（LFM） LFM信號(hào)(也稱Chirp 信號(hào))的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 2.1 式中為載波頻率，為矩形信號(hào)， ，是調(diào)頻斜率，于是，信號(hào)的瞬時(shí)頻率為，如圖1 圖1 典型的chirp信號(hào)（a）up-chirp(K0)（b）down-chirp(K1時(shí)，LFM信號(hào)特征表達(dá)式如下： 2.3 對(duì)于一個(gè)理想的脈沖壓縮系統(tǒng)，

4、要求發(fā)射信號(hào)具有非線性的相位譜，并使其包絡(luò)接近矩形；其中就是信號(hào)s(t)的復(fù)包絡(luò)。由傅立葉變換性質(zhì)，S(t)與s(t)具有相同的幅頻特性，只是中心頻率不同而已。因此，Matlab仿真時(shí)，只需考慮S(t)。 3、LFM信號(hào)的脈沖壓縮 窄脈沖具有寬頻譜帶寬，如果對(duì)寬脈沖進(jìn)行頻率、相位調(diào)制，它就可以具有和窄脈沖相同的帶寬，假設(shè)LFM信號(hào)的脈沖寬度為T(mén)，由匹配濾波器的壓縮后，帶寬就變?yōu)?，且，這個(gè)過(guò)程就是脈沖壓縮。信號(hào)的匹配濾波器的時(shí)域脈沖響應(yīng)為： 3.1 是使濾波器物理可實(shí)現(xiàn)所附加的時(shí)延。理論分析時(shí)，可令0，重寫(xiě)3.1式， 將3.1式代入2.1式得: 圖3 LFM信號(hào)的匹配濾波如圖3,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)得輸出信

5、號(hào)當(dāng)時(shí), （3.4）當(dāng)時(shí), （3.5） 3.5合并3.4和3.5兩式： 3.6式即為L(zhǎng)FM脈沖信號(hào)經(jīng)匹配濾波器得輸出,它是一固定載頻的信號(hào)，這是因?yàn)閴嚎s網(wǎng)絡(luò)的頻譜特性與發(fā)射信號(hào)頻譜實(shí)現(xiàn)了“相位共軛匹配”，消除了色散；當(dāng)時(shí)，包絡(luò)近似為辛克（sinc）函數(shù)。 圖4 匹配濾波的輸出信號(hào)如圖4，當(dāng)時(shí)，為其第一零點(diǎn)坐標(biāo)；當(dāng)時(shí)，習(xí)慣上，將此時(shí)的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。 LFM信號(hào)的壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比D 壓縮比也就是LFM信號(hào)的時(shí)寬-帶寬積。 s(t),h(t),so(t)均為復(fù)信號(hào)形式，Matab仿真時(shí)，只需考慮它們的復(fù)包絡(luò)S(t),H(t),So(t)。5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)

6、果LFM信號(hào)的時(shí)域波形和幅頻特性/實(shí)現(xiàn)LFM信號(hào)的matlab代碼T=10e-6; %脈沖脈寬10usB=30e6; %調(diào)頻調(diào)制帶寬30MHzK=B/T; %線性調(diào)頻斜率Fs=2*B;Ts=1/Fs; %采樣頻率和采樣間隔N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.2); %調(diào)頻信號(hào)subplot(211)plot(t*1e6,real(St);xlabel(t/s);title(線性調(diào)頻信號(hào)的實(shí)部);grid on;axis tight;subplot(212)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);plot(freq*1e-6

7、,fftshift(abs(fft(St);xlabel(f/Mhz);title(線性調(diào)頻信號(hào)的頻率譜);grid on;axis tight;線性調(diào)頻信號(hào)的匹配濾波/實(shí)現(xiàn)匹配濾波器及放大的matlab代碼T=10e-6; B=30e6; K=B/T; Fs=10*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.2); Ht=exp(-j*pi*K*t.2); %匹配濾波器Sot=conv(St,Ht); %匹配濾波器后的線性調(diào)頻信號(hào)subplot(211)L=2*N-1;t1=linspace(-T,T,L);Z=abs(S

8、ot);Z=Z/max(Z); %歸一化Z=20*log10(Z+1e-6);Z1=abs(sinc(B.*t1); %sinc函數(shù)Z1=20*log10(Z1+1e-6);t1=t1*B; plot(t1,Z,t1,Z1,r.);axis(-15,15,-50,inf);grid on;legend(仿真,sinc);xlabel(時(shí)間);ylabel(振幅,dB);title(匹配濾波器后的線性調(diào)頻信號(hào));subplot(212) %放大N0=3*Fs/B;t2=-N0*Ts:Ts:N0*Ts;t2=B*t2;plot(t2,Z(N-N0:N+N0),t2,Z1(N-N0:N+N0),r.

9、);axis(-inf,inf,-50,inf);grid on;set(gca,Ytick,-13.4,-4,0,Xtick,-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3);xlabel(時(shí)間);ylabel(振幅,dB);title(匹配濾波器后的線性調(diào)頻信號(hào)（）);仿真結(jié)果 /matlab代碼function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)if nargin=0 T=10e-6; B=30e6; Rmin=10000;Rmax=15000; R=10500,11000,12000,12008,13000,13002; %理想點(diǎn)目標(biāo)距離 RCS=1 1

10、1 1 1 1; %雷達(dá)散射截面end%=%C=3e8; %傳播距離K=B/T; Rwid=Rmax-Rmin; %儀表接受窗口Twid=2*Rwid/C; %一秒接受窗口Fs=5*B;Ts=1/Fs; %采樣頻率和采樣間隔Nwid=ceil(Twid/Ts); %接收窗口數(shù)%=%Gnerate the echo t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid); %當(dāng) t=2*Rmin/C打開(kāi)窗口 %當(dāng)t=2*Rmax/C關(guān)閉窗口 M=length(R); %目標(biāo)數(shù) td=ones(M,1)*t-2*R/C*ones(1,Nwid);Srt=RCS*(exp(j*pi*K

11、*td.2).*(abs(td)T/2);%點(diǎn)目標(biāo)雷達(dá)回波 %=%用FFT和IFFT脈沖壓縮雷達(dá)數(shù)字處理Nchirp=ceil(T/Ts); %脈沖持續(xù)時(shí)間Nfft=2nextpow2(Nwid+Nwid-1); %脈沖持續(xù)時(shí)間 %計(jì)算線性的數(shù)目 %利用FFT算法的卷積Srw=fft(Srt,Nfft); % FFT的雷達(dá)回波t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp); St=exp(j*pi*K*t0.2); % FFT的雷達(dá)回波 Sw=fft(St,Nfft); %fft線性調(diào)頻斜率Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw); %信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮%=N0=

12、Nfft/2-Nchirp/2;Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);%figuresubplot(211)plot(t*1e6,real(Srt);axis tight;xlabel(時(shí)間);ylabel(振幅)title(原始回波信號(hào));subplot(212)plot(t*C/2,Z)axis(10000,15000,-60,0);xlabel(距離);ylabel(振幅，dB)title(距離壓縮后信號(hào));6、 實(shí)驗(yàn)心得經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷加深了我對(duì)雷達(dá)技術(shù)中線性調(diào)頻脈沖的理解，通過(guò)查找資料和同學(xué)交流探討，學(xué)習(xí)到了匹配濾波器的工作原理、特性特點(diǎn)以及LFM信號(hào)的形式