南理工電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告

1、電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告題目：電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告院系：電子工程與光電技術(shù)學(xué)院姓名（學(xué)號）：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)日期： 2015年11月6號目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 實(shí)驗(yàn)一正交調(diào)制器實(shí)驗(yàn)2 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 實(shí)驗(yàn)二正交相干檢波器7 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 實(shí)驗(yàn)三匹配濾波器.12實(shí)驗(yàn)四動目標(biāo)檢測及相參積累.17 HYPERLINK l bookmark142 o Curren

2、t Document 實(shí)驗(yàn)五線性調(diào)頻脈沖壓縮29實(shí)驗(yàn)總結(jié)35實(shí)驗(yàn)一正交調(diào)制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆照徽{(diào)制器的工作原理；掌握正交調(diào)制器的電路組成。二實(shí)驗(yàn)儀器信號源、示波器、直流穩(wěn)壓電源三、實(shí)驗(yàn)正交調(diào)制是一種特殊的復(fù)用技術(shù)，一般是指利用兩個頻率相同但相位相差90度的正弦波作為載波，同時傳送兩路互相獨(dú)立的信號的一種調(diào)制方式。圖一是具體的調(diào)制器功能框圖。圖一 正交調(diào)制器功能框圖如圖一所示，兩路互相正交的信號i(t)和q(t)分別調(diào)制角頻率為Wc的互相正交的正弦波調(diào)制， 調(diào)制后兩路相加的波形為： 如果兩路正交的信號i(t)和q(t)分別為線性調(diào)頻脈沖信號的復(fù)包絡(luò)的實(shí)部和虛部，即:i(t)= cosk?

3、t q(t) = sin(k兀 t2)正交調(diào)制器的輸出則為： 顯然，正交調(diào)制器的輸出為載頻頻率為Wc的線性調(diào)頻脈沖信號。、實(shí)驗(yàn)電路本實(shí)驗(yàn)裝置主要由波形產(chǎn)生電路以及正交調(diào)制電路兩個模塊組成，硬件方面主要使用了單片機(jī) 和FPGA兩種可編程的器件聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)處理開關(guān)掃描和顯示電路，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)波形產(chǎn)生與 輸出選擇，具有很大的靈活性和開放性，系統(tǒng)原理框圖如圖二所示。圖二正交調(diào)制器實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖本實(shí)驗(yàn)裝置的單片機(jī)選用的是Atmel公司的單片機(jī)AT89C55WD，如圖三單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址復(fù)用 口全部與FPGA相連，此外地址的高三位也與FPGA相連，這主要是為了讓FPGA承擔(dān)為單片機(jī)地址 譯碼器選通外

4、設(shè)的作用。單片機(jī)的WR、RD和ALE也與FPGA相連，這是為了保證單片機(jī)與FPGA的 通信時的時序問題。單片機(jī)的IO 口 PI 口全部接到開關(guān)上，使用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)中的查詢方式。如 圖四所示，按鍵輸入低電平有效，上拉電阻保證按鍵斷開時，I/O 口為高電平。圖三單片機(jī)與FPGA連接示意圖圖四單片機(jī)與開關(guān)連接示意圖本實(shí)驗(yàn)裝置使用四只數(shù)碼管作為顯示，選用共陰電路。因單片機(jī)的I/O 口有限，故使用串行移 位寄存器74HC595串行連接以控制顯示器的顯示輸出。在單片機(jī)只需要用三個 I/O 口分別于 74HC595的14腳，11腳和12腳。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)裝置的連接Q9座“input”對應(yīng)的“DDS

5、信號產(chǎn)生器實(shí)驗(yàn)裝置”輸出頻率設(shè)置為10MHz；測量，記錄并分析波形。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果DISP3=3, DISP2=2，此時觀察的為10MHz中頻參考本振信號，觀察示波器輸出，得到圖形如下：幅度平衡度為：20lg(384/648) = -4.54dB相位平衡度為：|(26-24.5)/(26+24.5)|*90=2.67DISP4=1 ,DISP3 = 1 ,DISP2=4 ,此時觀察的為I&Q線性調(diào)頻脈沖信號波形。觀察示波器輸出，得到圖形如下：DISP4=1，DISP3 = 5，DISP2=4，此時觀察的為10MHz中頻線性調(diào)頻脈沖信號波形。觀察示波器輸出，得到圖形如下：DISP4=2，DISP3

6、=4，DISP2 = 1，此時觀察的為BPSK狀態(tài)下I路和Q路視頻信號波形。觀察示波器輸出，得到圖形如下：DISP4=2, DISP3=5, DISP2=1，此時觀察的為BPSK信號調(diào)制后的中頻信號波形。觀察示波器輸出， 得到圖形如下：DISP4=3, DISP3=4, DISP2=1，此時觀察的為Fd信號I路和Q路視頻信號波形。觀察示波器輸出， 得到圖形如下：DISP4=3, DISP3=5, DISP2=1，此時觀察的為Fd信號調(diào)制后的中頻信號波形。觀察示波器輸出， 得到圖形如下：DISP4=4，DISP3=4，DISP2=1，此時觀察的為PN信號I路和Q路視頻信號波形。觀察示波器輸出，得

7、到圖形如下：DISP4=4，DISP3 = 5，DISP2=1，此時觀察的為PN信號調(diào)制后的中頻信號波形。觀察示波器輸出，得到圖形如下：實(shí)驗(yàn)分析：從LFM、BPSK、Fd信號和PN四種信號被調(diào)制后的中頻信號頻譜圖可以看出，它們的中心頻率都為載波頻率10MHz，隨著信號類型的不同，有相應(yīng)的頻譜差別。LFM信號頻譜近似為一個矩形框；BPSK信號為SINC函數(shù)；Fd信號是沖激函數(shù)的展寬；PN信號 在載頻10MHz附近近似為恒定值，約偏離中心載波頻率幅值變化越大。Fd信號I通道和Q通道由于多普勒現(xiàn)象的存在出現(xiàn)了相位差，幅度也不相同，出現(xiàn)了幅相不平衡。 不僅是Fd信號，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的調(diào)制采用模擬電路實(shí)現(xiàn)不

8、可避免的將會出現(xiàn)I路和Q路信號幅值、 相位的差別，引起幅相不平衡。七、思考題分析10MHz中頻BPSK信號的頻譜特性、性能衡量指標(biāo)。答：頻譜中心頻率在10MHz，大包絡(luò)呈SINC函數(shù)，零點(diǎn)在1/T處（T為脈沖寬度），在1/NT處（N 為碼元個數(shù)）也存在極窄的SINC函數(shù)，使得整個頻譜呈現(xiàn)梳齒狀。其性能衡量指標(biāo)，可用頻譜寬 度，主旁瓣比，梳齒間隔寬度衡量。實(shí)驗(yàn)二正交相干檢波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆照幌喔蓹z波的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和運(yùn)用它檢測信號（例如多普勒信號）。掌握正交相干檢波器幅度一致性和相位正交性（福祥不平衡）的測量方法。信號源、示波器、直流穩(wěn)壓電源。在雷達(dá)信號處理中，由于信號與干擾混合波形的振

9、幅和相位均含有信息，因此對信號最佳處理應(yīng)在 接收機(jī)的中頻進(jìn)行。但是，對信號進(jìn)行數(shù)字處理時，在中頻進(jìn)行采樣時十分困難的。由于中頻本身 并無目標(biāo)信息，目標(biāo)信息包含在中頻的復(fù)包絡(luò)中。因此，須將中頻信號變成等效的復(fù)數(shù)視頻信號， 以利于數(shù)字處理。正交相干檢波器就是一種將中頻信號變換成復(fù)數(shù)視頻信號的裝置。圖1正交相干檢波器功能框圖假定圖1中輸入的實(shí)窄帶信號為：其中，a(t)為實(shí)窄帶信號的幅度調(diào)制；f0為實(shí)窄帶信號的中頻，中()為實(shí)窄帶信號的相位調(diào)制。如果成)用復(fù)指數(shù)表示，可寫成：其中，R (t) = a(t)e網(wǎng))是復(fù)包絡(luò)，幻2%是負(fù)載頻。X(t)中的信息全部包含在復(fù)包絡(luò)口()中，所以只要處理日()就能得

10、到信號的全部信息。復(fù)包絡(luò)口( )可以進(jìn)一步寫成：參見圖1，I支路乘法器的輸出為：x(t)x (t) = 2a(t)cos2Kf t + 甲(t)cos(2f t) = a(t)cos甲(t) + cos4f t + 甲(t)經(jīng)過低通濾波(LPF)以后輸出為：同樣，Q支路的輸出為：經(jīng)過低通濾波(LPF)以后輸出為：用七作為實(shí)部，(t)作為虛部，組成一復(fù)信號恰好是中頻x(t)的復(fù)包絡(luò)。即: 因七(t)和(t)均作為視頻信號，而且包含了原信號的幅度和相位： 經(jīng)變換后，就可對信號進(jìn)行數(shù)字處理。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀看I、Q兩路正交信號。根據(jù)記錄的波形數(shù)據(jù)，測量兩路信號的幅相不平衡度。幅相不平衡度的測量方法：正

11、交信號如圖2所示，從示波器上讀取正交I、Q信號的電壓幅度值為AI和AQ，按公式:AA = 20 lg -Ar (dB)aq，計算幅度平衡值。測量TA和TB的值，按公式：甲=E-TB)/QA + TB)x90。計算相位平衡度。圖1正交信號波形五、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置的連接實(shí)驗(yàn)裝置的Q9座“SIN”和“FO”分別連接到兩臺“DDS信號產(chǎn)生器實(shí)驗(yàn)裝置”上；Q9座“OUT1”和OUT2”分別連接到示波器的兩個輸入端CH1”和CH2”上；正確連接 + 5V”和“12V”電源。Q9座FO”對應(yīng)的“DDS信號產(chǎn)生器實(shí)驗(yàn)裝置”輸出頻率設(shè)置為10MHz（設(shè)置方法見“DDS 信號產(chǎn)生器實(shí)驗(yàn)”）；Q9座“SIN”對應(yīng)的

12、“DDS信號產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)裝置”輸出頻率從9.6MHz到9.999MHz，分別 按“K1”鍵和“K2”鍵，記錄波形，并將測試數(shù)據(jù)填入表格。輸入頻率（MHz ）9.6009.7009.8009.9009.9509.9709.9909.999檢波器輸出頻率（KHz）4003002001005030100.952A A rfin ihi-、I，A11.061.81.81.721.821.982.062.10A幅度平 衡（dB ）A21.251.961.91.92.082.142.282.28A-1.432-0.740-0.469-0.865-1.1598-0.6749-0.8814-0.7143W相位平衡

13、（）02.205.797.031.910.4392.0932.0931.4074.記錄波形9.6MHzMHzMHzMHz9.95 MHz9.97MHz 9.99 MHz9.999 MHz測試中頻本振(/FO、FO )的幅相不平衡度。性能 A幅度平衡(dB)W相位平衡()數(shù)據(jù)-0.925.3波形如下:從表格1中可以清楚地看到如果輸入信號SIN的頻率偏離檢波器理論中頻本振頻率10MHz， 將出現(xiàn)幅相不平衡的現(xiàn)象，且頻率不同，幅相不平衡的程度也不同。頻率偏離越大，幅相不平 衡現(xiàn)象越明顯。也就是說，如果雷達(dá)回波信號有多普勒頻移，頻移越大，幅相不平衡的影響就 越嚴(yán)重。從表格3可以看出，實(shí)驗(yàn)用中頻本振信號

14、本身就存在一定的幅相不平衡，用它來參與解調(diào)，必 然使得輸出信號呈現(xiàn)一定的幅相不平衡。LPF前的信號是解調(diào)處理前的中頻正交信號，LPF后的信號是解調(diào)后的輸出視頻信號。它們都 呈現(xiàn)出了幅相不平衡的特點(diǎn)。七、思考題(1)幅相不平衡是什么原因造成的？答：原因來自兩個方面：A.本振信號由模擬信號產(chǎn)生，模擬移相器輸出正交的SIN和COS信號，很難完全保證幅度完全相同，相位相差90。采用這樣的本振信號與輸入信號相乘以后，必然導(dǎo)致幅相不平衡。B.實(shí)驗(yàn)中解調(diào)乘法完成以后，采用模擬低通濾波器濾波后，再經(jīng)放大處理得到視頻I路和Q 路信號。由于模擬濾波器和放大器不可能做到電路元件參數(shù)完全一致，再加上溫度等外界 環(huán)境的

15、影響，使得輸出也不能一致。(2)幅相不平衡如何進(jìn)行調(diào)整？答：可以采用誤差校正技術(shù)。接收機(jī)IQ檢波前注入一個已知的理想信號，該信號必須是已知 其特性的合成多普勒信號。這個合成的多普勒信號經(jīng)IQ檢波和FFT處理器處理，信號在鏡頻 出的響應(yīng)反映了 IQ通道的幅相不平衡，分析所得的誤差數(shù)據(jù)，并記錄儲存在一個校準(zhǔn)文件里。 系統(tǒng)工作時，調(diào)用該校準(zhǔn)文件即可。實(shí)驗(yàn)三匹配濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馄ヅ錇V波器的工作原理。掌握二相編碼脈沖信號的壓縮比，主旁瓣比，碼源寬度的測量方法。加深和鞏固課堂所學(xué)有關(guān)距離分辨力，橫向?yàn)V波器和匹配濾波器方面知識。實(shí)驗(yàn)儀器示波器，直流穩(wěn)壓電源，萬用表。實(shí)驗(yàn)原理二相編碼信號的匹配濾波器為：H

16、(f)=1 (f)“ 2 (f)式中，p 1 (f)為子脈沖匹配濾波器，p 2 (f)為橫向?yàn)V波器(即抽頭加權(quán)延時線求和)二相編碼 信號的匹配濾波結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖一二相編碼信號的匹配濾波器結(jié)構(gòu)橫向?yàn)V波器子脈沖匹配濾波器頻率特性為：一T_/p 1 (f ) = sin c( fT )ejf橫向?yàn)V波器頻率特性為p 2 (f)=支 1 ce-j2珥(KT)(P-1)-k k =0式中，P為碼長；T為碼源寬度；cK為二相編碼信號。在此，采用數(shù)字信號處理省略了子脈沖匹配濾波器，所以脈沖壓縮輸出不再是三角波而是方波。橫 行濾波器(即抽頭加權(quán)延時線求和網(wǎng)絡(luò))的結(jié)構(gòu)如圖2所示，在此采用超大規(guī)模集成 電路完成

17、。圖二 橫向?yàn)V波器（即#血頭加權(quán)延時線求和網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟檢查信號箱電源以及信號輸出的連接方式。打開試驗(yàn)箱電源和示波器，調(diào)整示波器使觀察信號最佳。按鍵K1，數(shù)碼管顯示P，觀察OUT 1輸出的單脈沖信號以及OUT2輸出的匹配濾波信號，記錄輸出 波形。用示波器測量壓縮比，主旁瓣比，和碼元寬度等參數(shù)。再次按鍵K1，改變單脈沖信號碼元寬度，LED4顯示帶小數(shù)點(diǎn)。觀察信號和匹配濾波輸出的改變， 測量各項(xiàng)參數(shù)。一次按鍵K2K7，選擇不同的輸出信號，重復(fù)步驟24,觀察波形，記錄數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)填入表1.進(jìn)行分析。表一測試數(shù)據(jù)序號信號波形碼元寬度壓縮比主旁瓣比1單脈沖30.5us57us2脈

18、沖串9.9us9.9/19.1=0.5220us20/40.5=0.49331位M序列1us312.22/0.36=6.17431位PN截斷 碼1us31960/192=5513位巴克碼1us132/0.58=3.4564位/7位組合 巴克碼單脈沖脈沖串31位M序列31位PN截斷碼13位巴克碼13位巴克碼思考題1為什么脈沖壓縮輸出波形為方波而不是三角波？2.主副瓣比的測量方法有哪些？3.31位PN截斷碼（m序列中截取一個周期）與31位m序列的脈沖壓縮輸出波形為何不一樣？答：因?yàn)闉V波階數(shù)不夠，濾波效果不佳，沒有把基波濾掉，從波形上可見，基波分量比三次諧波分量 還大。方波的基波/三次諧波分量比為1

19、/3,尚能對付，三角波為1/9,諧波分量太小了。幅度最大的值作為主瓣，幅度僅次于主瓣的作為副瓣，二者比值為主副瓣比。實(shí)驗(yàn)四動目標(biāo)檢測及相參積累一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解動目標(biāo)檢測（MTD）及相參積累的工作原理。2、掌握動目標(biāo)檢測（MTD）及相參積累的性能測試方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器示波器、萬用表。三、實(shí)驗(yàn)原理動目標(biāo)檢測（MTD）是利用了動目標(biāo)雷達(dá)回波信號的多普勒頻率偏移，采用濾波器組在復(fù)雜的 雷達(dá)回波中檢測出運(yùn)動目標(biāo)的多普勒頻率，并以此來確定動目標(biāo)的距離、速度和方位。其中，濾波 器組具有不同的中心頻率，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于對不同多普勒通道進(jìn)行相參積累處理。當(dāng)雜波功率譜C（f）和信號頻譜S（f）已知時，最佳濾波器

20、的頻率響應(yīng)是：這一濾波器可分為兩個級聯(lián)的濾波器和，其傳遞函數(shù)分別為用于雜波抑制，而用于對雷達(dá)回波脈沖串信號匹配。MTI濾波器相當(dāng)與，只能使其濾波特性的凹口對準(zhǔn)雜波梳狀譜的中心，且使二者寬度基本相同。對于相參脈沖串信號， 還可進(jìn)一步表示為：即信號匹配濾波器為和兩個濾波器級聯(lián)。式中為單個脈沖的匹配濾波器，利用回波脈沖串的相位特性而進(jìn)行相參積累，它是梳狀形濾波器，齒的間隔為脈沖重復(fù)頻率 ，齒的位置取決于回波信號的多普勒頻移，而齒的寬度則應(yīng)和回波譜線寬度相一致。要對回波相參脈沖串作匹配濾波，必須知道目標(biāo)的多普勒頻移以及天線掃描對脈沖串的調(diào)制情 況。實(shí)際情況中，多普勒頻移不能預(yù)知，因此需要采用一組相鄰且

21、部分重疊的濾波器組，覆蓋整 個多普勒頻率范圍，如下圖所示。圖6.1動目標(biāo)顯示和多普勒濾波器組的特性我們可以看出MTI濾波無法抑制圖中具有多普勒頻移的氣象雜波，但是MTD濾波完全抑制了氣 象雜波對動目標(biāo)回波的干擾，同時我們也可以初步確定動目標(biāo)回波的多普勒頻移范圍。MTD濾波器具有N個輸出的橫向?yàn)V波器，經(jīng)過各重復(fù)周期的不同加權(quán)并求和后，可實(shí)現(xiàn)N個 相鄰的窄帶濾波器組，原理結(jié)構(gòu)框圖如下所示。延遲Tr延遲Tr圖6羅M!遲橫向?yàn)V波器組結(jié)構(gòu)延遲口、在不同距處理首先勺問題是輸期的順序勺，而MTD式和數(shù)據(jù)率的轉(zhuǎn)換。U的存儲及婁信號進(jìn)行頻域?yàn)V波，且所需處理的通常不是某一個或某一部分距離單元，而曰Q復(fù)序列按不同是

22、對同一距離單元的若干次掃掠內(nèi)的用距離的全程。因此在I/Q采樣與MTD濾波器之間必須要有政輸入緩存器來完成序列的暫存與格式轉(zhuǎn)換。它的工作 方式為正交存取方式。存入方向圖6.3 MTD輸入緩存器存儲空間分布及寫證對全程每個距離單元的濾波能在NTr （即相參處理存入順序入/讀出順序間隔CPI）內(nèi)完成，輸入緩存的讀出速率一1般可以比其寫入速率快些。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，一般需要兩組結(jié)構(gòu)相同的輸入緩存電路乒乓交替 .讀寫方以保證在不丟失任何數(shù)據(jù)的前提下進(jìn)行MTD流水存儲電路，以分別同時緩存式濾波處理。且每一組均有兩套結(jié)構(gòu)相同的脈沖MTD取 圖6.4出6.4時域FIR濾波器組實(shí)現(xiàn)的16和8）為16脈沖MTD特性曲

23、線，圖4（b）為8脈沖MTD特性曲線。圖中凹口寬度W1與總底部寬度W2之比定義為凹口相對寬度，它代表了抑制雜波的頻譜寬度，越寬 則抑制雜波的頻譜寬度越寬，雜波抑制性能越好，但盲速越嚴(yán)重，丟失運(yùn)動目標(biāo)的可能性越大，信 噪比損失越嚴(yán)重；反過來，MTD濾波器凹口相對寬度越窄則抑制雜波的頻譜寬度越窄，雜波抑制性 能越差，盲速則相對不嚴(yán)重，丟失目標(biāo)的可能性小，信噪比損失不嚴(yán)重。因此，MTD濾波器凹口相對寬度要折衷選擇。濾波器系數(shù)實(shí)累加器圖6.7時域單個FIR濾波器實(shí)現(xiàn)1時域單個fir 需要器系數(shù)虛樣的則需要四、實(shí)驗(yàn)電路輸入數(shù)據(jù)個這樣的電路，8脈沖MTD16濾波器的結(jié)構(gòu)如圖6.7所示，16脈沖|MTD則需

24、電路累加器累加器10輸出 I通道圖6.9FPGA實(shí)驗(yàn)裝置的原理框圖D/ALPFOUT1本實(shí)驗(yàn)裝置由I&Q正交信號產(chǎn)生器、對數(shù)電路、CPLD、控制電路、開關(guān)電路、兩路D/A及低通 濾波器通道完成運(yùn)算功能的FPGA組I 成!數(shù)I&Q 正交信號產(chǎn)或上述生器根據(jù)需要產(chǎn)生正交掃頻信號或模擬靜D/A LPFMTD 運(yùn)算，在此采用FIR濾波器組；對數(shù)翻T2LPF止或運(yùn)動目標(biāo)，作為M、D的輸入信號；FPGA則完電路則將線性輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成對數(shù)輸出，便于觀測細(xì)小的輸出;D/A及低通濾波器將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換 成模擬信號；開關(guān)電路則根據(jù)需要選擇合適的輸出，便于觀測；CPLD和控制電路則完成各種設(shè)置、OUT3地址發(fā)生、時序

25、產(chǎn)生等工作。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟電路MTD性能的測試方法非常復(fù)雜，一般通過測量MTD的濾波器特性來間接得到MTD性能。MTD濾波器副瓣電平測量計算方法（1）MTD線性輸出16bit經(jīng)過對數(shù)電路變?yōu)?bit。按照如下關(guān)系運(yùn)算：M=52.9433logN式中，M： 8bit數(shù)據(jù)，N： 16bit數(shù)據(jù)。比如，當(dāng) N=65535 時，M=52.9433log65535=255； N=32768 時，M=52.9433log32768=239.（2）MTD濾波器副瓣電平計算（a）線性： 一式中，N1:16bit主峰數(shù)據(jù)，N2： 16bit副瓣數(shù)據(jù)。（b）對數(shù)：C（M1-M2）式中，M1： 8bit主峰數(shù)據(jù)

26、，M2:8bit副瓣數(shù)據(jù)，C為常數(shù)。下面給出C的數(shù)據(jù)：故 C=20/52.943=0.38（3）通過示波器測量副瓣電平8脈沖和16脈沖MTD實(shí)測對數(shù)特性曲線如圖5、6所示，關(guān)鍵在于找到主峰和副瓣的幅度，如果示 波器測得D/A滿幅度值為F，主峰值為M，副瓣值為S，則副瓣電平為：本實(shí)驗(yàn)裝置D/A滿幅度值為F=4V，則副瓣電平為24.2x（M-S）dB。凹口相對寬度為凹口寬度W1與總底部寬度W2之比：內(nèi)容與步驟（1）實(shí)驗(yàn)裝置的連接實(shí)驗(yàn)裝置上的Q9座“OUT1”和“OUT2”分別連接到示波器的兩個輸入端“CH1 ”和“CH2”上； Q9座“OUT3”連接到示波器的外部觸發(fā)輸入端“Trigger”；插上

27、側(cè)面220v電源線到插座上，打開 示波器電源和實(shí)驗(yàn)裝置電源（電源開關(guān)在實(shí)驗(yàn)裝置側(cè)面）。（2）將“S1”地址開關(guān)設(shè)置為“11111111” , “S2”和“S3”設(shè)置為“00”和“ 10”，記錄波 形、測試和計算數(shù)據(jù)，對應(yīng)位置的發(fā)光二極管將點(diǎn)亮。（3）改變“S2”和“S3”為“00”和“00”，再記錄波形、測試和計算數(shù)據(jù)。（4）改變“S2”和“S3”為“10”和“01”，再記錄波形、測試和計算數(shù)據(jù)。（5）將 “S1” 地址開關(guān)分別設(shè)置為 “10111111 ”，“11011111”，“ 10011111”，“ 11101111 ”， “10101111”，“11001111”，“10001111

28、”，重復(fù)上述（2）（4）步驟，“S1”，“S2”和“S3”的功 能見表1.其中，測試MTS1D和FFT特性曲線，I&（ 功能）通道彳言號源米用S2掃頻信專2 OI切測試MTD和T1輸出 S3道信號源米用才11將測量計其擬動目標(biāo)和靜止目標(biāo)， 第結(jié)果脈入叟td特性信號。曲線UUI通道i輸出uu表21測試數(shù)據(jù)=。8脈沖MTD特性曲線1UQ 通苴輸出1UQ通實(shí)11U11111凝圖器像點(diǎn)數(shù)下16脈沖FFI 所示濾波器種類特性由1線U1副瓣電平（d線性輸出U13）凹口相對寬人驗(yàn)前1 如1A111U111119.3751U1U11117 示 8 脈沖 FFT 4MT雅曲線L1 圖 6.10 1118脈沖MT

29、D特性曲線-1172.616脈沖IMILFFT脈沖MTD輸出圖6.11 8脈沖FFT |輸出_-13_寺性曲線U11UU111116脈沖辟!6.12 16 脈沖 MTD輸出圖6.13 16脈沖FFT特性曲線特性曲線53.24:六1思!題|FFT8脈沖FF輸出-13U表1按鍵“S1”、“S2”和“S3”的功能FFT的輸出，I&Q通1.為什么FFT等效于脈沖相參積累？答：FFT和IFFT的信號處理是在頻域里對信號處理的。具有N個輸出的橫向?yàn)V波器（N個重復(fù)周期 和N-1根延遲線)，經(jīng)過各重復(fù)周期的不同加權(quán)并求和后，實(shí)現(xiàn)N個相鄰的窄帶濾波器組。全部濾 波器響應(yīng)覆蓋了從零到 的頻率范圍，輸入信號經(jīng)延遲排

30、列等待；當(dāng)信號全部輸入完畢才同時輸出， 這樣相參的信號幅度疊加輸出為最大值，不相參信號則幅度相減。通過該濾波器后，它將N個相參 脈沖積累，使信噪比提高N倍。這就是FFT等效于相參積累的原因。為什么要加權(quán)，如何選擇窗函數(shù)？答：加權(quán)是為了抑制旁瓣，即把旁瓣電平降低，使得弱回波目標(biāo)能夠檢測出來FFT濾波器組各個 濾波器的旁瓣較高，止帶衰減小，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理降低旁瓣電平，但壓低副瓣的同時加寬了主 瓣并引起了失配損失，目前常用的窗函數(shù)主要有漢寧窗、海明窗、布萊克曼窗、泰勒窗、切比雪夫 窗等。一要求窄的主瓣和低的副瓣是矛盾的，折衷考慮，海明窗的綜合性能最佳，但具體使用哪個 窗函數(shù)則要視具體情況而定。F

31、FT+MTI方法實(shí)現(xiàn)MTD與FIR濾波器組實(shí)現(xiàn)MTD有何區(qū)別？答：FFT濾波器組在零頻附近沒有足夠的凹陷，因而無法很好地抑制地物雜波，可以在FFT濾波器 組之前加上MTI處理先抑制地物雜波來改善檢測性能。其運(yùn)算量少，速度快。FIR橫向?yàn)V波器形式可以靈活設(shè)計每個濾波器的權(quán)系數(shù)，使其幅度頻率響應(yīng)都在零頻附近有較 深的凹陷，用于抑制地雜波。具有靈活性高、運(yùn)算控制簡單、可根據(jù)雜波設(shè)計自適應(yīng)和雜波抑制能 力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并隨著大規(guī)模集成電路和高速數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，目前FIR濾波器組的實(shí) 現(xiàn)已不成問題。所以，目前MTD濾波器組常采用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器組來實(shí)現(xiàn)。FFT是在頻域?qū)π盘柼幚淼模?/p>

32、出為延遲波形；而FIR是在時域?qū)π盘柼幚?，輸出是?shí)時波形。七、實(shí)驗(yàn)分析本實(shí)驗(yàn)是基于硬件的動目標(biāo)檢測電路，MTD濾波器具有N個輸出的橫向?yàn)V波器，經(jīng)過各重復(fù)周 期的不同加權(quán)并求和后，可實(shí)現(xiàn)N個相鄰的窄帶濾波器組。同理，也可以用快速傅里葉變換FFT 算法實(shí)現(xiàn)濾波器組，運(yùn)算簡單方便。本實(shí)驗(yàn)分別運(yùn)用8脈沖和16脈沖的FIR時域?yàn)V波器組，實(shí)現(xiàn) 雷達(dá)動目標(biāo)多普勒頻移的檢測。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以看出MTD濾波器，8脈沖的副瓣電平要比 16脈沖的高，凹口相對寬度要低。它代表了抑制雜波的頻譜寬度，越寬則抑制雜波的頻譜寬度越 寬，雜波抑制性能越好，但盲速越嚴(yán)重，丟失運(yùn)動目標(biāo)的可能性越大，信噪比損失越嚴(yán)重。由此可

33、見，16脈沖MTD濾波器雜波抑制性能更好，但是它的信噪比損失也更嚴(yán)重。所以，濾波器的凹口 相對寬度要折衷選擇。在FFT特性曲線上就可以看出有多少個脈沖。實(shí)驗(yàn)五線性調(diào)頻脈沖壓縮一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解線性調(diào)頻脈沖壓縮的工作原理。2、了解線性調(diào)頻脈沖信號加權(quán)處理的工作原理。3、掌握脈沖壓縮信號的“壓縮比”和“主副瓣比”的測量方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器示波器、萬用表三、實(shí)驗(yàn)原理線性調(diào)頻矩形脈沖信號的復(fù)數(shù)表達(dá)方式為：其中u（t）為信號復(fù)包絡(luò)：式中T為脈沖寬度，信號的瞬時頻率可寫成：瞬時頻率f（t）與時間成線性關(guān)系，因此成為線性調(diào)頻信號。其中k=B/T稱為調(diào)頻斜率，B為調(diào)頻 帶寬，即信號帶寬。線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮

34、式通過匹配濾波器得到的，如果輸入信號的頻率特性為：那么匹配濾波器的頻率特性應(yīng)滿足下式：若令：K 二.址/2兀/ A則可得：上式中壓縮濾波器的群延遲特性（頻率-延時特性）為：t是與濾波器物理實(shí)現(xiàn)有關(guān)的一個附加延時： d可得線性調(diào)頻脈沖壓縮濾波器的輸出信號：實(shí)際情況下取實(shí)信號表示為：當(dāng)輸入信號有E的多普勒頻率時，匹配濾波器的輸出表達(dá)式為：上式說明當(dāng)&=0時，輸出脈沖具有sinc函數(shù)性型包絡(luò)，-3dB主瓣寬度為1/B第一副瓣高度約為 -13.2dB，其它副瓣隨其離主瓣的間隔x按1/x的規(guī)律衰減，副瓣零點(diǎn)間隔為1/B，如果輸入脈沖 信號幅度為1，且匹配濾波器在通帶內(nèi)傳輸系數(shù)為1，則輸出脈沖幅度為寸泰二

35、而二據(jù)，D=BT 表示輸入脈沖和輸出脈沖的寬帶比，稱為壓縮比，當(dāng)&。0時，sinc函數(shù)包絡(luò)將產(chǎn)生位移，引起測 距誤差，同時主峰脈沖寬度將下降。線性調(diào)頻信號時頻域波形線性調(diào)頻信號實(shí)部和虛部時域波形如圖1所示，線性調(diào)頻信號通過匹配濾波器的輸出信號，其第一副瓣電平（最大副瓣的高度根 據(jù)主瓣幅度歸一化后）約為-13.2dB，副瓣會影響對鄰近弱目標(biāo)的檢測，為了降低過高的距離副瓣 需要對用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)對信號頻譜進(jìn)行加權(quán)。最常用的方法是對匹配濾波器的權(quán)值進(jìn)行進(jìn)行頻域或時域進(jìn)行窗函數(shù)加權(quán)，常用的窗函數(shù)有 hamming窗、Taylor窗等。對線性調(diào)頻信號，也可以進(jìn)行時域加窗，時域加權(quán)和頻域加權(quán)的結(jié)果是 大致等

36、效的。如果采用了窗函數(shù)加權(quán)，副瓣電平將大大降低，但同時加權(quán)引起的失配會使主瓣展寬 和產(chǎn)生一定的信噪比損失。上式給出了某些常用的窗函數(shù)的統(tǒng)一表示，其中B表示信號寬帶，上式中，當(dāng)k=0.08, n=2時， 是hamming窗；當(dāng)k=0.5，n=4時，是hanning窗；當(dāng)k=0，n=4時，是余弦四次方窗，峰值副瓣電 平理論值分別為-43dB，-32dB和-47dB。如：加hamming窗時，可使第一副瓣降至-43dB，帶來的 是信噪比損失-1.34dB，-3dB主瓣展寬1.47倍。圖2、3所示為帶寬2MHz，時寬10us，載頻（中 心頻率）10MHz的線性調(diào)頻脈沖信號的脈沖壓縮和加權(quán)處理結(jié)果。四、

37、實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路同“動目標(biāo)檢測及相參積累”實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀看實(shí)驗(yàn)脈壓裝置一一數(shù)字信號處理系統(tǒng)的組成。觀察各組成部分的輸入、輸出波形。用示波器測量“脈沖壓縮比”和“主副瓣比”。觀察并測量脈壓輸出的主峰寬度。主副瓣比測量如圖4所示用示波器測量主峰的幅度，然后根據(jù)下式計算主副瓣比：式中，V1為主峰的幅度，V2為副瓣的幅度。對數(shù)脈沖壓縮輸出的主副瓣比測量方法同“動目標(biāo)檢測及相參測量積累”實(shí)驗(yàn)。壓縮比及主峰寬度測量用示波器測出壓縮前后二者脈寬即可計算，如圖4所示，壓縮脈寬以主峰值半功率點(diǎn)處寬度七為 準(zhǔn)，注：用示波器測信號幅值和時寬時，Y、X軸的“校正”旋鈕一定要放對，否則讀出數(shù)值是不 對的，但在測量的是比值所以可以不經(jīng)校正。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置的連接實(shí)驗(yàn)裝置上的Q9座“OUT1 ”和“OUT2”分別連接到示波器的兩個輸入端“CH1”和“CH2”上； Q9座“OUT3”連接到示波器的外部觸發(fā)輸入端“Trigger”；插上側(cè)面220V電源線到插座上，打開 示波器電源和實(shí)驗(yàn)裝置電源（電源開關(guān)在實(shí)驗(yàn)裝置側(cè)面）。將“S1”地址開關(guān)設(shè)置為“01111111”，“S2 ”和“ S3 ”設(shè)置為“00 ”和“ 10”，記錄波形