單個(gè)線性調(diào)頻脈沖測(cè)速

1、單個(gè)線性調(diào)頻脈沖測(cè)張吉?jiǎng)P我想做的是利用單個(gè)線性調(diào)頻脈沖測(cè)速，然后用MATLAB進(jìn)行仿真，雖然很簡(jiǎn)單，但實(shí)際做的時(shí)候 依然遇到很多意想不到的問題， 這些問題的解決讓我感覺收獲很多。下面來講整個(gè)仿真的過程以及其中遇到的問題。先來介紹一下單個(gè)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)和多普勒頻移。線性調(diào)頻信號(hào)是指頻率隨時(shí)間而線性改變(增加或減少)的信號(hào)。線性調(diào)頻的瞬時(shí)頻率f(t)=f0+kt呈線性變化，其中f0表示時(shí)間等于零時(shí)的頻率，k是調(diào)頻斜率。而脈沖則是給線性調(diào)頻信號(hào)截?cái)?，像脈沖一樣重復(fù)，這里我用到的只是單個(gè)，相當(dāng)于脈沖的一個(gè)周期。多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射源和接收者之間有相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)

2、將發(fā)生變化。這一物理現(xiàn)象首先由奧地利物理學(xué)家多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的。多普勒雷達(dá)的工作原理是以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的，多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括光波、電磁波。當(dāng)無線電波在行進(jìn)的過程中碰到物體時(shí)，該無線電波會(huì)反彈，而且反彈回來的波其頻率以及振幅會(huì)隨著碰撞物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化。若無線電波是固定不動(dòng)的，那么反彈回來的電波頻率是不會(huì)發(fā)生改變的，然而，若物體是朝著無線電發(fā)射的方向前進(jìn)，此時(shí)所反彈回來的電波會(huì)被壓縮，因此該電波的頻率也會(huì)隨之增加。反之，若遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率較波源的實(shí)際頻率降低。頻率升高或者降低的數(shù)值叫多普勒頻移。推導(dǎo)都寫在紙上：然后怎么去提取這個(gè)多普勒分

3、量呢？令發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)混頻（相乘），混頻之后的信號(hào)實(shí)際上是兩個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)，其中一個(gè)的載頻就是多普勒偏移量，其帶寬也很窄，像一個(gè)單頻信號(hào)，然后通過低通濾波器把它濾出來。推導(dǎo)如下：下面是用MATLAB去實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，其中的一些參數(shù)已經(jīng)注明。代碼：%基本參數(shù)f0=3e9;%Hz 載頻B=200e6;%Hz 帶寬Tp=2.2e-4;%s LFM信號(hào)長(zhǎng)度k=B/Tp;%Hz/s 調(diào)頻斜率R0=13e4;%m 初始距離v=8000/36;%m/s 目標(biāo)徑向速度c=3e8;%m/s 光速Fs=4*f0+5*B;%采樣頻率Ts=1/Fs;%sN=Tp*Fs;%采樣點(diǎn)數(shù)n=0:N-1;t=n.*Ts;t0

4、=2*R0/c;%回波信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的時(shí)延tr=t+t0;freq=linspace(0,Fs,N);freq1=linspace(-Fs/2-Fs/N,Fs/2,N);Si=exp(j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.2);%發(fā)射信號(hào)Sr=exp(j*2*pi*(f0*(tr-2*(R0+v*tr)/c)+0.5*k*(tr-2*(R0+v*tr)/c).2);%回波信號(hào)%發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)figure(1);%發(fā)射信號(hào)subplot(2,1,1);plot(t,real(Si);xlabel('時(shí)間/s');title('發(fā)射信號(hào)時(shí)域圖');gri

5、d on;subplot(2,1,2);plot(freq,abs(fft(Si);xlabel('頻率/Hz');title('發(fā)射信號(hào)頻域圖');grid on;figure(2);%回波信號(hào)subplot(2,1,1);plot(tr,real(Sr);xlabel('時(shí)間/s');title('回波信號(hào)時(shí)域圖');grid on;subplot(2,1,2);plot(freq,abs(fft(Sr);xlabel('頻率/Hz');title('回波信號(hào)頻域圖');grid on;%混頻信

6、號(hào)x=real(Si).*real(Sr);figure(3);plot(freq1,abs(fftshift(fft(x);xlabel('頻率/Hz');title('混頻信號(hào)頻域圖');%低通濾波器Wp=2*1e9/Fs;Ws=2*1.5e9/Fs;%混頻后信號(hào)的兩部分頻譜離得很遠(yuǎn)，截止頻率可以很高Rp=1;Rs=40;No,wc=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs);wc*Fs/2 %顯示截止頻率B,A=butter(No,wc);H,W=freqz(B,A);figure(4);plot(abs(H);%對(duì)混頻信號(hào)進(jìn)行濾波y=filter(B,A,

7、x);figure(5);plot(freq1,abs(fftshift(fft(y);xlabel('/Hz'); Figure（1）和（2）兩張是發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)，時(shí)域波形是線性調(diào)頻波，就沒放大，只對(duì)頻譜進(jìn)行了放大。理論上發(fā)射信號(hào)的頻譜是在 f0f0+B之間的，即3e93.2e9；回波信號(hào)的頻譜發(fā)生了壓縮，壓縮因子r=1-2v/c近似為1，所以回波信號(hào)的頻譜近似發(fā)射信號(hào)的一樣，這一點(diǎn) 得到驗(yàn)證。 Figure（3）是混頻信號(hào)的頻譜，可以 看出來有兩部分靠近零頻的是fd單頻分量,只是近似，實(shí)際上這一部分也是線性調(diào)頻信號(hào)，其頻譜分布為fdfd+（1-r2）B，fd=-4444

8、.4Hz，（1-r2）B=592.6Hz，所以近似為單頻分量。理論上遠(yuǎn)離零頻的是線性調(diào)頻波的頻譜，這一點(diǎn)與理論吻合。后邊一張是對(duì)線性調(diào)頻波頻譜的放大。Figure（4）是低通濾波器的幅頻特性，因?yàn)榛祛l信號(hào)的兩部分頻譜分的非常開，所以截止頻率不需要在fd附近。Figure（5）是混頻信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后的頻譜，與（3）對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)濾掉了高頻部分的頻譜，只剩下fd分量，經(jīng)過多次放大可以發(fā)現(xiàn)fd觀測(cè)值與理論值-4444.4很接近（但仍有誤差）。遇到問題：1. 把發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)用同一個(gè)t表示，這樣是不對(duì)的。因?yàn)榘l(fā)射信號(hào)是定義在（0，Tp）之間的，而回波信號(hào)只是它的時(shí)移（t0，t0+Tp）。如果用同一個(gè)t表示就認(rèn)為回波信號(hào)也是定義在(0,Tp)之間的，那這就不是時(shí)移了。2. 混頻之后的信號(hào)頻譜最高頻率變得更高了，滿足發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)頻譜不混疊的采樣率已經(jīng)不能滿足混頻信號(hào)了，