雷達(dá)信號(hào)matlab仿真1

1、雷達(dá)系統(tǒng)分析大作 作 者： 陳雪娣 學(xué)號(hào)：04104207271. 最大不模糊距離： 距離分辨率： 2. 天線有效面積： 半功率波束寬度： 3. 模糊函數(shù)的一般表示式為對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào) 則有：分別令可得程序代碼見(jiàn)附錄1的T_3.m, 仿真結(jié)果如下:4. 程序代碼見(jiàn)附錄1的T_4.m, 仿真結(jié)果如下: 通過(guò)比較得知，加窗后的主副瓣比變大，副瓣降低到40db以下，但主瓣的寬度卻增加了，約為未加窗時(shí)的1.5倍，主瓣也有一定的損失。5.由雷達(dá)方程 計(jì)算可得 db作圖輸出結(jié)果如下，程序代碼見(jiàn)附錄1的T_5.m在R=70km時(shí),計(jì)算得單個(gè)脈沖的SNR1=2.7497 db,要達(dá)到要求的檢測(cè)性能則需要12.

2、5dB的最小檢測(cè)輸入信噪比，而M個(gè)相參脈沖積累可以將信噪比提高M(jìn)倍， 故 =9.4413因此要達(dá)到要求就需要10個(gè)以上的相參脈沖進(jìn)行積累?？汕蟮每煞e累脈沖數(shù)為： 其中,為天線的搜索速度等于30o/s.是重復(fù)頻率為1200hz.故滿足要求.6. 設(shè)t時(shí)刻彈艦徑向與目標(biāo)航向的夾角為,目標(biāo)偏離彈軸方向的夾角為,在t=0時(shí), .由幾何關(guān)系知, 經(jīng)t秒后,又因?yàn)楣?利用以上的關(guān)系式即可計(jì)算出第i個(gè)重復(fù)周期彈目間的距離和回波信號(hào)的多普勒頻率.仿真程序代碼見(jiàn)附錄1的T_6.m.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下: 由仿真結(jié)果可知, 的變化不大,這表明相對(duì)速度的變化不大，同時(shí)可求得.7. (1)相干積累: 由于相對(duì)速度的變化不大，

3、所以在仿真時(shí)取定值。仿真程序代碼見(jiàn)附錄1的T_7_1.m.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:相干積累前后的信噪比情況如下圖所示：由仿真結(jié)果知，積累前匹配濾波器輸出的信噪比為約12dB。已知M個(gè)脈沖相參積累可以將信噪比提高M(jìn)倍，所以，64個(gè)脈沖相參積累后的信噪比將提高64倍（18db）。相干積累后輸出的信噪比約30db，與預(yù)期效果相符。(2)非相干積累：雙極點(diǎn)濾波器的時(shí)域框圖如下：由此可的它的頻域響應(yīng)： 其中 式中： ，N是半功率波束寬度。仿真程序代碼見(jiàn)附錄1的T_7_2.m.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:非相干積累前后的信噪比情況如下圖所示：由仿真結(jié)果知，積累前匹配濾波器的信噪比為約12dB。非相干積累后輸出的信噪比約20db。

4、將非相干的結(jié)果與相干積累的效果進(jìn)行比較，可知，相干積累的效果明顯優(yōu)于非相干積累。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(huà)模糊函數(shù)xlabel('Delay - mus')ylabe

5、l('Doppler - MHz')zlabel('| chi ( tau,fd) |')title('模糊函數(shù)')figure(2)contour(100.*taux,fdy./10,x) %畫(huà)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*tau

6、x,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)'

7、)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')gr

8、id 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+ep

9、s; 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(hào)yfft = fft(y,Nf) ;h=zeros(1,Ns);for i=1:Ns h(i)=conj(y(Ns-i+

10、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(duì)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(y

11、comp_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(duì)數(shù)ycomp_w1_db=20*log10(ycomp_w1); %取對(duì)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 - s

12、econds ');ylabel(' db')title('沒(méi)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),

13、'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(duì)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(zhǎng)pt=20; %峰值功率lambda=0.03; %波長(zhǎng)tao=100e-6; %發(fā)射脈沖寬度G_d

14、b=30; %天線增益 in dbsigma=1000; %RCS k=1.38e-23; % Boltzman's 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

15、')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(zhǎng)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(dòng)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

16、*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)刻彈艦徑向與目標(biāo)航向的夾角R_t=OM_t./sin(alpha_t); %t時(shí)刻彈艦距離% t時(shí)刻彈艦徑向速度vd_t=(sqrt(3)/2*Va+Vs).*cos(alpha_t)+0.5*Va.*sin(alpha_t);fd_t=2*vd_t/lembda; %t時(shí)刻多普勒頻移%figure(1)plot(t

17、,R_t)title ('t時(shí)刻彈艦距離')xlabel('時(shí)間 - s')ylabel('彈艦距離 - m')figure(2)plot(t,fd_t)title('t時(shí)刻多普勒頻移')xlabel('時(shí)間 - s')ylabel('多普勒頻移 - hz')% 第7題:%T_7_1.m% 相干積累clear all clc clfc=3e8; % speed of lightTe=100e-6; % 發(fā)射脈沖寬度Be=1e6; %帶寬mu=Be/Te; %調(diào)頻斜率Ts=1/(2*Be); %采樣頻

18、率Ro=70e3; % 起始距離fo=c/0.03; % 中心頻率Vr=688; %徑向速度t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.2);Wf=fft(W,1024);%nnn=fix(Ro-30e3)/75);%采樣的起始位置,從30km開(kāi)始采樣R=0:75:15e3-75; %在30km和45km之間采樣，采樣間隔75mfor i=1:200 for k=1 :64 Ri(k,i)=R(i)-Vr*Ts*(k-1); endendtaoi=2*Ri/c;echo=100.225*0.707*(randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-

19、1); for i=1:64 %回波信號(hào) echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199)+. exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).2);endfor i=1:64 %脈沖壓縮 sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),1024); end for k=1:1024 % 相干積累 sct(:,k)=abs(fftshift(fft(sp2(:,k),256); end sct=sct./max(max(sct);%歸一化 sp=sp2./max(max(sp2);%歸一

20、化 %積累前后信噪比輸出 figure(1) plot(20*log10(abs(sp') ylabel('-db') title('相干積累前') axis(1 1024 -30 0) figure(2) plot(20*log10(sct') ylabel(' - db') title('相干積累輸出') axis(1 1024 -30 0) %積累結(jié)果輸出r=(1:1024)*75+30e3)./1e3;dp=(-128:127)*(Be/128)/1e3;figure(1)mesh(r,dp,sct)xla

21、bel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('相干積累輸出結(jié)果')figure(2)contour(r,dp,sct)axis(30 100 -200 200)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('R-fd 等高線')grid ondp=(-32:31)*(Be/32)/1e3;figure(3)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(echo)xlabel('距離 km'

22、;)ylabel('Doppler - kHz')title('相干積累前的結(jié)果')% T_7_2.m% 非相干積累clcclear allc=3e8; % speed of lightTe=100e-6; % 發(fā)射脈沖寬度Be=1e6; %帶寬mu=Be/Te; %調(diào)頻斜率Ts=1/(2*Be); %采樣頻率Ro=70e3; % 起始距離fo=c/0.03; % 中心頻率Vr=688; %徑向速度f(wàn)r=1200; %重復(fù)頻率t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.2);Wf=fft(W,1024);%- 雙極點(diǎn)濾波器 -%sheta_3_db

23、=6.4; %半功率波束寬度v=30; % 天線的搜索速度N=sheta_3_db*fr/v;wd_tao=2.2/N;xi=0.63;k1=2*exp(-xi*wd_tao/sqrt(1-xi2)*cos(wd_tao);k2=exp(-2*xi*wd_tao/sqrt(1-xi2);NN=64;w=-pi:pi/NN:pi-pi/NN;j=sqrt(-1);H=exp(-j.*w)./(1-k1*exp(-j*w)+k2*exp(-2*j.*w);h=ifft(H,64);%- - - - 信號(hào)處理 - - - % nnn=fix(Ro-30e3)/75);%采樣的起始位置,從30km開(kāi)始

24、采樣R=0:75:15e3-75; %在30km和45km之間采樣，采樣間隔75mfor i=1:200 for k=1 :64 Ri(k,i)=R(i)+Vr*Ts*(k-1); endendtaoi=2*Ri/c;echo=100.275*0.707*randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1); for i=1:64 %回波信號(hào)，加隨機(jī)相位模擬非相干信號(hào) echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199). +exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).2 . +j*2*pi*r

25、and*ones(1,200);endfor i=1:64 %脈沖壓縮 sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),1024);endfor i=1:1024 %用雙極點(diǎn)濾波器進(jìn)行非相干積累 isct(:,i)=conv(sp2(:,i),h)'endfor k=1:1024 sct(:,k)=abs(fftshift(fft(isct(:,k),256);end sct=sct./max(max(sct); %歸一化 sp2=sp2./max(max(abs(sp2); %歸一化 %積累前后信噪比輸出 figure(1) plot(20*l

26、og10(abs(sp2') ylabel('-db') title('非相干積累前') axis(1 1024 -30 0) figure(2) plot(20*log10(sct') ylabel(' - db') title('非相干積累輸出') axis(1 1024 -30 0) %積累結(jié)果輸出 r=(1:1024)*75+30e3)./1e3; dp=(-128:127)*(Be/128)./1e3; figure(3) mesh(r,dp,sct)xlabel('距離 km')ylab

27、el('Doppler - kHz')title('非相干積累輸出結(jié)果') figure(4) contour(r,dp,sct) axis(30 100 -200 200)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('R-fd 等高線') grid on dp=(-32:31)*(Be/32)/1e3;figure(5)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(echo)xlabel('距離 km')ylabel('Dopp

28、ler - kHz')title('非相干積累前的結(jié)果')%二 翻譯11.2比幅單脈沖比幅單脈沖跟蹤類(lèi)似于對(duì)于圓形區(qū)域而言需要四個(gè)斜的波束來(lái)測(cè)量目標(biāo)的角度位置。區(qū)別就是這四個(gè)波束是同時(shí)產(chǎn)生而不是相繼產(chǎn)生的。因?yàn)檫@個(gè)目的，一種特殊的天線饋電正是利用一個(gè)單獨(dú)的脈沖產(chǎn)生四個(gè)波束原理，因此它的名字叫做單脈沖。并且，單脈沖跟蹤更加精確并且不容易受圓柱形的近點(diǎn)角的影響，比如調(diào)幅干擾和獲得的倒置的電子對(duì)抗措施。最后，連續(xù)并且圓錐形變化的雷達(dá)回波降低了跟蹤的精度；盡管如此，自從一個(gè)單獨(dú)的脈沖被用來(lái)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)后者對(duì)單脈沖技術(shù)已經(jīng)不是一個(gè)問(wèn)題。單脈沖跟蹤雷達(dá)既可以用天線反射器又可以用相控

29、陣天線。圖11.7 顯示了一種典型的單脈沖天線的模型。A,B,C,D四個(gè)波束描繪出四個(gè)圓錐形掃描波束的位置。這四個(gè)方向，大體上呈喇叭狀，用來(lái)產(chǎn)生單脈沖天線的模式。振幅單脈沖處理器要求這四個(gè)信號(hào)有相同的相位但卻有不同的幅度。 圖11.7 單脈沖天線模型一個(gè)解釋振幅單脈沖技術(shù)的好方法就是用天線軸線的圓形中心來(lái)表示目標(biāo)回波信號(hào)，正如圖11.8a所示，在圖中四個(gè)象限表示四個(gè)波束。在這種情況下，這四個(gè)喇叭接受相等的能量，這就顯示目標(biāo)位于天線跟蹤的軸線上。然而，當(dāng)目標(biāo)不在軸線上時(shí)（圖11.8b-d），各喇叭中的能量就會(huì)不平衡。這個(gè)不平衡的能量用來(lái)產(chǎn)生差信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)。單脈沖處理包括計(jì)算天線模型的一

30、個(gè)加兩個(gè)不同的差（方位角和仰角）然后除去差信道的電壓核信道的電壓，信號(hào)的角度就可以確定了。 圖11.8用圖形解釋單脈沖的概念(a) 目標(biāo)在軸線上（b-d）目標(biāo)不在軸線上 雷達(dá)通過(guò)不斷比較返回波束的幅度和相位來(lái)判斷目標(biāo)對(duì)軸線的位移。四個(gè)信號(hào)的相位相位在傳輸和接受模式都是連續(xù)的，這是關(guān)鍵性的。因此，任何數(shù)字電路或是微波比較電路都可以利用。圖11.9顯示了一個(gè)典型的微波比較儀的方框圖，圖中三個(gè)接收通道分別被稱為加通道，仰角差通道和方位角差通道。 圖11.9 單脈沖比較器 為了產(chǎn)生仰角差波束，我們可以用波束差（A-D）或（B-C）。然而，通過(guò)先形成和的形式(A+B)和(D+C)然后計(jì)算(A+B) -(

31、D+C)的差，我們獲得一個(gè)更強(qiáng)的仰角差信號(hào)，。同樣，通過(guò)首先形成和的形式(A+B)和(D+C) 然后計(jì)算(A+B) -(D+C)的差，一個(gè)更強(qiáng)的方位角差信號(hào)，也產(chǎn)生了。一個(gè)簡(jiǎn)單的單脈沖雷達(dá)的結(jié)構(gòu)方框圖如圖11.10.所示。加通道被用作發(fā)射和接收。在接收機(jī)中加通道為其他兩個(gè)不同的通道提供相位參考。加通道還可以用來(lái)測(cè)距。為了說(shuō)闡明加通道和差通道的天線模型是如何形成的，我們將會(huì)假設(shè)一個(gè)為天線的單獨(dú)的一部分和斜角。歸一化的加信號(hào)（方位角或仰角）如下所示 （11.7） 圖11.10 簡(jiǎn)單比幅單脈沖雷達(dá)框圖而歸一化的差信號(hào)為 （11.8）MATLAB 函數(shù)“mono_pulse.m”函數(shù)“mono_pul

32、se.m”的功能是實(shí)現(xiàn)等式(11.7)和(11.8)。它的輸出包括和模式和差模式天線方向圖以及差和比。函數(shù)形式為： mono_pulse(phi0) 其中phi0為斜角，單位是弧度。MATALB函數(shù)mono_pulse.m程序如下：function mono_pulse(phi0) % phi0為跟蹤軸偏離波束軸的偏角eps = 0.0000001;angle = -pi:0.01:pi;y1 = sinc(angle + phi0);y2 = sinc(angle - phi0);ysum = y1 + y2; % 計(jì)算和模式天線方向圖 ydif = -y1 + y2; % 計(jì)算差模式天線方向圖figure (1)plot (angle,y1,'b',angle,y2,'r');grid;xlabel ('方位（弧度）')y