隨機信號處理MATLAB仿真報告

1、 隨機信號處理仿真報告學院：電光學院姓名：賴佳彬學號：116104000585指導教師：顧紅Question：仿真多普勒雷達信號處理設脈沖寬度為各學生學號末兩位，單位為us，重復周期為200us，雷達載頻為10GHz，輸入噪聲為高斯白噪聲。目標回波輸入信噪比可變（-35dB10dB），目標速度可變（01000m/s），目標距離可變（010000m），相干積累總時寬不大于10ms。程序要參數(shù)化可設。（1)仿真矩形脈沖信號自相關函數(shù)；（2）單目標時： 給出回波視頻表達式；脈壓和FFT后的表達式； 給出雷達脈壓后和MTD（FFT加窗和不加窗）后的輸出圖形，說明FFT加窗抑制頻譜泄露效果； 通過仿真說

2、明脈壓輸出和FFT輸出的SNR、時寬和帶寬，是否與理論分析吻合； 仿真說明脈壓時多卜勒敏感現(xiàn)象和多卜勒容限及其性能損失（脈壓主旁比與多卜勒的曲線）。（3）雙目標時： 仿真出大目標旁瓣掩蓋小目標的情況； 仿真出距離分辨和速度分辨的情況。1、矩形脈沖自相關函數(shù)自相關函數(shù)：2、混頻后的信號回波視頻表達式：混頻后的信號：時延：將原始信號循環(huán)移位，移位的長度為，再乘以多普勒頻移，并加上高斯白噪聲，形成回波信號。3、回波信號脈壓 接收到的寬脈沖輸入到匹配濾波器，經(jīng)過處理后，寬輸入脈沖被壓縮為非常窄的脈沖。對發(fā)射波形的寬帶調制和隨后的匹配濾波接收實現(xiàn)了脈沖壓縮處理。 假定雷達目標回波信號為，接收機傳遞函數(shù)為

3、。如果接收機與接收到的信號匹配，那么接收機的傳遞函數(shù)將是與輸入端接收信號的復共軛，即：，那么。頻域中函數(shù)的復共軛等于時域中對應信號的反轉，所以： 將原始信號的單個周期取反后與混頻后的回波信號進行卷積，即作匹配濾波，從而實現(xiàn)脈壓。4、距離門重排、FFTFFT后的表達式：圖 4.1圖 4.2 X軸視圖圖 4.3重排后FFT圖 4.4重排后FFT的速度視圖（不加窗） 加窗后旁瓣減小，對旁瓣有良好的抑制效果！圖 4.5重排后FFT的速度視圖（加窗）圖 4,6重排后FFT的距離視圖5、脈壓和FFT輸出的SNR增益，時寬和帶寬(1)脈壓輸出的SNR增益，時寬和帶寬脈壓信號增益=脈壓的時寬壓縮比=脈壓的帶寬

4、壓縮比=脈壓信號時寬帶寬積=10*log0.000085/(0.001864-0.001802)=10*log(1.37)=1.37dB脈壓后時寬62us，帶寬16.13kHz(2) FFT輸出的SNR增益：理論值=10log40=16.02dB！從圖中可以讀出FFT后的總信噪比增益為77.84-52.57=25.27dB，則FFT級增益=25.27-10=15.27，與理論值相符合6、距離分辨率與速度分辨率1、距離分辨率距離分辨率：當R1=10000m，R2=20000m時，分不清兩個目標當R1=10000m，R2=25000m時，能分清兩個目標（距離模糊：）2、速度分辨率速度分辨率：(1/

5、fd)<T*PulseNum，Vf=c/(2*fc*T*PulseNum)=1.8750m當速度A1=A，v1=10m/s；A1=4*A，v2=20m/s時，可辨別兩不同速度目標當速度A1=A，v1=18m/s；A1=8*A，v2=20m/s時，大目標速度掩蓋小目標速度（速度模糊：，vmax=37.5m/s）7、 多卜勒敏感現(xiàn)象、多卜勒容限當多普勒頻率發(fā)生變化（目標速度發(fā)生變化）時，得到的主瓣峰值下降，但是，并不是無限下降，存在最小值，這就是多普勒敏感現(xiàn)象和多普勒容限。附錄：MATLAB源代碼%脈沖多普勒雷達信號處理%脈沖寬度：85us；重復周期：200us；載頻：10GHz；輸入噪聲：

6、高斯白噪聲%目標回波輸入信噪比：-3510dB；目標速度：01000m/s；目標距離：010000m%相干累計總時寬：不大于10msclear all;close all;clc;c=3e8;fc=10e9; %載頻fs=3e6; %采樣率Ts=1/fs; %采樣間隔T=2e-4; %脈沖重復周期fm=1/T; %脈沖重復頻率PW=85e-6; %脈沖寬度B=1/PW;D=100*PW/T;%占空比N=round(T/Ts); %單周期內(nèi)采樣點數(shù)PulseNum=40; %脈沖數(shù)目,相干累積時間不超過10ms(PulseNum<50)Tr=PulseNum*T; %信號總長度t=0:Ts

7、:(Tr-Ts);s=(square(2*pi*fm*t,D)+1)/2; %脈沖視頻信號figure(1);subplot(211)plot(t,s);xlabel('時間/s');ylabel('幅度');title('脈沖視頻信號');axis(0,Tr,-1,1.5);r,lags=xcorr(s,s(1:round(T/Ts);subplot(212)plot(lags,r)axis(0,2.4*104,-100,350);xlabel('區(qū)間');title('矩形脈沖信號自相關函數(shù)');% 回波信號v

8、1=10;R1=5000; %目標1v2=20;R2=10000;%目標2fd1=2*v1*fc/c; %回波1多普勒頻移fd2=2*v2*fc/c; %回波2多普勒頻移Rc=c*PW/2; %距離分辨率理論值Vf=c/(2*fc*T*PulseNum); %速度分辨率理論值(1/fd)<T*PulseNumdelay_num1=round(2*R1/c)/Ts); %回波1的時延delay_num2=round(2*R2/c)/Ts); %回波2的時延st1=circshift(s,0,delay_num1);st2=circshift(s,0,delay_num2);st1=st1.

9、*exp(1i*2*pi*fd1*t); %加入多普勒頻移1st2=st2.*exp(1i*2*pi*fd2*t); %加入多普勒頻移2L=100;ht=fir1(L,B/(fs/2);noise=randn(1,PulseNum*N)+1i*randn(1,PulseNum*N);noise=conv(ht,noise);noise=noise(L+1:end); %噪聲SNR=10;E_noise=sum(abs(noise).2);E=E_noise*(10(SNR/10);Es=sum(abs(st1).2);A=sqrt(E/Es); %信號幅度% %SNR=10*log10(A2/

10、var(noise)/2)% A=sqrt(10(SNR/10)*(var(noise)/2); echo1=A*st1+noise; %單目標回波echo2=echo1+4*A*st2;%雙目標回波figure(2);subplot(211);plot(real(echo1);title('單目標回波');subplot(212);plot(real(echo2);title('雙目標回波');% 回波脈壓h=fliplr(s(1:round(T/Ts); %時域反轉m1=conv(h,echo1);m2=conv(h,echo2);m1=m1,0; %卷積后

11、數(shù)據(jù)補位m2=m2,0; %卷積后數(shù)據(jù)補位tmy=linspace(0,(PulseNum+1)*T,N+PulseNum*N); m1_dB=20*log10(abs(m1)/max(abs(m1);m2_dB=20*log10(abs(m2)/max(abs(m2);figure(3);subplot(211);plot(tmy,real(m1);title('單目標脈壓圖');subplot(212);plot(tmy,real(m2);title('雙目標脈壓圖');for i=1:(PulseNum+1) for k=1:N my1(i,k)=m1(i

12、-1)*N+k); endendfor i=1:(PulseNum+1) for k=1:N my2(i,k)=m2(i-1)*N+k); endendtd=0:Ts:T-Ts;x=td*c/2;y=1:(PulseNum+1);X,Y=meshgrid(x,y);figure(4);subplot(211);mesh(X,Y,real(my1);title('單目標的距離門重排');subplot(212);mesh(X,Y,real(my2);title('雙目標的距離門重排');% 重排后進行FFT（不加窗）Nfft=512;for i=1:N st_ff

13、t1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft); st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:N st_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i),Nfft); st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endfsd=fm; %重排后對列進行fft，每個脈沖周期只取1個點y=(-fsd/2:fsd/Nfft:(fsd/2-fsd/Nfft)*c/2/fc;X,Y=meshgrid(x,y);figure(5);subplot(211);

14、mesh(X,Y,20*log10(st_fft1);title('單目標重排后的FFT(不加窗)');xlabel('距離/m');ylabel('速度m/s');subplot(212);mesh(X,Y,20*log10(st_fft2);title('雙目標重排后的FFT(不加窗)');xlabel('距離/m');ylabel('速度m/s');D1=st_fft1(1:Nfft,round(2*R1/c/Ts);% 重排后進行FFT（加窗）w=hamming(PulseNum+1);fo

15、r i=1:N st_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i).*w,Nfft); st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:N st_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i).*w,Nfft); st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endfigure(6);subplot(211);mesh(X,Y,20*log10(st_fft1);title('單目標重排后的FFT(加窗)');xlabel('距離

16、/m');ylabel('速度m/s');subplot(212);mesh(X,Y,20*log10(st_fft2);title('雙目標重排后的FFT(加窗)');xlabel('距離/m');ylabel('速度m/s');D2=st_fft1(1:Nfft,round(2*R1/c/Ts);% 單目標速度視圖y=(-fsd/2:fsd/Nfft:(fsd/2-fsd/Nfft)*c/2/fc;figure(7);plot(y,20*log10(D1); xlabel('速度m/s');ylabel('幅度/dB');title('單目標MTD的速度視圖（不加窗）&