隨機信號處理MATLAB仿真報告

1、隨機信號處理MATLA時真報告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程序要參數化可設。(1)仿真矩形脈沖信號自相關函數；單目標時：給出回波視頻表達式；脈壓與FFT后的表達式；給出雷達脈壓后與MTD(FFT1 口窗與不加窗)后的輸出圖形，說明FFT加窗抑 制頻譜泄

2、露效果；通過仿真說明脈壓輸出與FFT輸出的SNR時寬與帶寬，就是否與理論分析 吻合；仿真說明脈壓時多卜勒敏感現象與多卜勒容限及其性能損失(脈壓主旁比與多卜勒的曲線)。雙目標時：仿真出大目標旁瓣掩蓋小目標的情況；仿真出距離分辨與速度分辨的情況。1、矩形脈沖自相關函數自相關函數：Rs(ti,t2)Es(ti)s*(t2)時間收區(qū)間父小152、混頻后的信號回波視頻表達式：Sr(t) Ac(t )cos2 f0(t)ej2 fdt混頻后的信號：s(t) Ac(t)ej2fdt時延：2R/c將原始信號循環(huán)移位，移位的長度為，再乘以多普勒頻移ej2 fdt,并加上高斯白 噪聲，形成回波信號。x 1043、

3、回波信號脈壓接收到的寬脈沖輸入到匹配濾波器，經過處理后，寬輸入脈沖被壓縮為非常窄 的脈沖。對發(fā)射波形的寬帶調制與隨后的匹配濾波接收實現了脈沖壓縮處理。假定雷達目標回波信號為S()，接收機傳遞函數為H()。如果接收機與接收到的信號匹配，那么接收機的傳遞函數將就是與輸入端接收信號的復共腕rtt-t，、* ，、，*即：H( ) S ()，那么 G( ) S( )S ()。頻域中函數的復共腕等于時域中對應信號的反轉，所以：g(t) s( )s(t )d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，從而實現脈壓。里目棘脈壓國雙目標脈壓圓靖1口34、距離門重排、FFTFFT 后的表

4、達式：S( )R(t)ejtdt隨機信號處理MATLA時真報告圖4、2 X軸視圖34st 10圖4、1o OO 口 o OO6 Q 06 石11010on4單目標的距離門重排隨機信號處理MATLA時真報告單目標重排后的FFT（不加窗）圖4、4重排后FFT的速度視圖（不加窗）雙目標重排后的FFT（不加窗）之反m修距禺fm圖4、3重排后FFT100雙目標重排后的FFT（不加雷）50-50-401020隨機信號處理MATLA時真報告巧口 ! -40-30-20-10010見 40_速度m總雙目標重排后的FFT（加窗）5 0 111nliIN-40-30-20-10010203040速度m總加窗后旁瓣

5、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）卸1111L00,51 k5 2距離/m單目標重排后的FFT（加窗）253x 10單目標重排后的FFT（不加窗）0.511.5225距離雙目標重排后的FFT（不加窗）34110圖 4,6 重排后 FFT 的距離視圖5、脈壓與FFT輸出的SNR曾益，時寬與帶寬(1)脈壓輸出的SNR 增益,時寬與帶寬0-5-101 74 1.75 179 1.B 1 82 1.34 1 86 1 3B 1.91.92 1.34-15.-3靖1口3雙目標脈壓分貝圖脈壓信號增益二脈壓的時寬壓縮比二脈壓的帶寬壓縮比=脈壓信號時寬帶寬積=10*log0、

6、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!速度m片從圖中可以讀出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：c* /2 12750m當R1=10000m,R2=20000m時，分不清兩個目標單目標重排后的FFT（不加窗）1 OO r-.-50 l 一100.51 y 2253距離加冥1小雙目標重排后的

7、FFT（不加窗）100卸11111100,511.522 53距離屋當R1=10000m,R2=25000m時，能分清兩個目標單目標重排后的FFT（不加窗）10D | ” - ； ；（距離模糊：c* T / 2 = 30000m）2、速度分辨率速度分辨率：(1/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單目標重排后的FFT（不加窗）1 00?。?二：-巧口11-111'1-40-30-20-100102 口 3040_速度m抬雙目標重排后的FF

8、T(不加窗)50 118-40-30-20-10010203040速度Mt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單目標重排后的FFT（不加窗）1 00巧口 ! -40-30-20-100102。 見 40_速度m總雙目標重排后的FFT（不加雷）5 0 111nliIN-40-30-20-10010203040（速度模糊：fd max fr/2 ,vmax=37、5m/s）7、多卜勒敏感現象、多卜勒容限多普勒班感現象807570656055504500.20.40.60,811.21.41.61.82券普勒頻率川信麴當多普勒頻率發(fā)生變化( 目

9、標速度發(fā)生變化) 時 , 得到的主瓣峰值下降, 但就是 , 并不就是無限下降, 存在最小值, 這就就是多普勒敏感現象與多普勒容限。附錄:MATLA酶代碼%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: 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 10msclearall ;closeall ;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

10、;%脈沖寬度B=1/PW;D=100*PW/T;%占空比N=round(T/Ts);%單周期內采樣點數PulseNum=40;%脈沖數目, 相干累積時間不超過10ms(PulseNum<50)Tr=PulseNum*T;%信號總長度t=0:Ts:(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

11、,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' );%回波信號v1=10;R1=5000;v2=20;R2=10000;fd1=2*v1*fc/c;fd2=2*v2*fc/c;Rc=c*PW/2;%目標1%目標2%回波1 多普勒頻移%回波2 多普勒頻移%距離分辨率理論值Vf=c/(2*fc*T*PulseNum);delay_num1=round(2*R1/c)/Ts);del

12、ay_num2=round(2*R2/c)/Ts);st1=circshift(s,0,delay_num1);st2=circshift(s,0,delay_num2);st1=st1、 *exp(1i*2*pi*fd1*t);st2=st2、 *exp(1i*2*pi*fd2*t);L=100;%速度分辨率理論值(1/fd)<T*PulseNum%回波1 的時延%回波2 的時延%加入多普勒頻移1%加入多普勒頻移2ht=fir1(L,B/(fs/2);noise=randn(1,PulseNum*N)+1i*randn(1,PulseNum*N);noise=conv(ht,noise

13、);noise=noise(L+1:end);%噪聲SNR=10;E_noise=sum(abs(noise) 、人2);E=E_noise*(10A(SNR/10);Es=sum(abs(st1) 、A2);A=sqrt(E/Es);%信號幅度% %SNR=10*log10(AA2/var(noise)/2)% A=sqrt(10A(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

14、' );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;%卷積后數據補位m2=m2,0;%卷積后數據補位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

15、);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:Nmy1(i,k)=m1(i-1)*N+k);endendfor i=1:(PulseNum+1)for k=1:Nmy2(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);m

16、esh(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:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft);st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:Nst_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i),Nfft);st_fft2(1:Nfft,i)

17、=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);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

18、_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);for i=1:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i)、 *w,Nfft);st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:Nst_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 /m' );ylabel( ' 速度 m/s' );sub