哈工大無線定位原理與技術實驗報告

必1富商7玄北，學XJWSTITUTEOFTECBNOLOtiY無線電定位原理與技術

實驗報告課程名稱：無線電定位原理與應用院系：電子工程系班級：1305203姓名：黃曉明、大頭光學號：指導教師：張云實驗時間：12周周二，13周周二實驗成績：電信學院

實驗一調頻法測距實驗2.1實驗要求掌握調頻法測距原理利用給定的仿真信號通過MATLAB編程計算線性調頻信號的參數（帶寬，中心頻率，時寬，調頻斜率）并計算目標的距離。2.2線性調頻脈沖測距實驗雷達發(fā)射的連續(xù)線性調頻信號與目標反射回波如圖2-2所示反射回波相對于發(fā)射的線性調頻信號產生了固定時延或固定頻差\尸。假設目標處于靜止狀態(tài)，總的頻偏AF為（2.1）2（2.1）AF=一

c根據該式可以反推出距離R。根據該式可以反推出距離R。圖1線性調頻信號與反射回波時域圖□3|■H圖2混頻后頻譜圖口笆日命|序|囹兌秘?混A寸座.[.曰國|?工3」3.09743.□9753.0975^.09753.C976時間房X1O'&□3|■H圖2混頻后頻譜圖3.09743.□9753.0975^.09753.C976時間房X1O'&根據公式R=—(2.2)2a解得R=750m,與5us延遲一致。積化和差公式：coscccosP=-(2.3)[cos(cc)+cos(cc-P)]實驗二連續(xù)波雷達測速實驗3.1實驗要求掌握雷達測速原理。了解連續(xù)波雷達測速實驗儀器原理及使用。采集運動物體回波數據，并在PC機使用Matlab對實驗數據進行分析。使用Matlab對實驗數據進行分析，得到回波多普勒頻率和目標速度。3.2雷達測速原理<<c)圖3-1多普勒效應3.2連續(xù)波雷達測速實驗儀器圖3-2連續(xù)波雷達測速實驗儀器原理框圖圖3-3連續(xù)波雷達內部原理圖圖3-4測速雷達與采集板3.3IQ正交雙通道圖3-5IQ正交雙通道處理積化和差公式如下:1TOC\o"1-5"\h\zcosasrnp=[sip(^+P)-sin(a一。)](3.1)cosacosP=-[cos(a2+P)+cos(a-P)]所以信號格式\o"CurrentDocument"signal=signal(I)-jxsignal(Q)(3.2)I路信號相位領先Q路信號n/2測速雷達給出的數據為混頻后的多普勒頻率I,Q雙通道數據。利用復信號傅里葉變換可以得到單邊的頻譜。并通過多普勒頻率的計算公式逆推出物體的運動速度。3.4實驗過程采集了一組數據，采樣頻率為2048Hz。從數據中選取波形較好的512點，做出時域波形與頻譜，并求出目標速度。其中，雷達發(fā)射波頻率為24.15GHz。信號采集界面如下：圖3-6雷達數據采集界面選取一段回波進行matlab數據分析:

圖1雷達測速數據處理結果3.5實驗代碼a=importdata('HXM.txt')I=a(1:512,1)Q=a(1:512,2)figure(1)plot(0:1/2048:511/2048,I)title('I路信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')figure(2)plot(0:1/2048:511/2048,Q)title('Q路信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')S=Ij*Qb=fft(S)b(1)=0c=abs(fftshift(b))[value,position]=max(c)d=c/valuefigure(3)plot(1024:2048/512:10244,d)title('雷達測速數據處理結果')xlabel('頻率/Hz')ylabel('歸一化幅度')f=52lan=3*10八8/(24.15*10八9)v=f*lan/23.5實驗結果%分別從a中取出第一列和第二列數據%采樣頻率為2048Hz，取512個點%由此確定橫軸坐標以及間隔%因為存在直流分量，所以要將零頻處的%值置零%進行歸一化%由歸一化幅度圖中得到多普勒頻率，利%用公式求解速度，速度為負說明采用%的數據段是手離開雷達時測得的數據雷達載波波長：Ian=0.0124多普勒頻率：速度：利用雷達測得的數據共有兩列，一列作為路數據，見圖2,一列作為Q路數據，見圖1。對這兩列數據表示成的復信號做傅里葉變換，所得的結果在零頻處有一個沖激，如圖3。因為信號的均值不為零，存在直流分量。因此要去掉直流分量，令信號的頻譜在該處為零即可。然后進行歸一化，得到歸一化幅度圖，見圖4。利用光標取得多普勒頻率為-52Hz，由相關公式求解得到速度為）.3230m/s，負號代表測速時手正在離開雷達。實驗三線調頻信號及匹配濾波仿真實驗3.1實驗要求自己設計系統函數對給定的信號進行匹配濾波信號頻率：0-10Mhz；信號時長：10us采樣率：40Mhz復線性調頻信號格式：exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2));k為調頻斜率f0為起始頻率。根據上文給定的信號參數自行構造和系統響應函數畫出參考函數頻譜。畫出匹配濾波后時域圖像，分析脈沖位置與系統函麴0的關系標出時域圖像的主旁瓣比。3.1.1實驗原理線調頻信號譜分析線調頻(LFM)信號時域表達式:s(t)=Arect(—)cos(①J+止)式中：rect(')是矩形函數，k是調頻斜率，并且與調制頻偏△④的關系是:T,△①2丸頌

k=—=—TTT為時域波形寬度，簡稱時寬；B=2Af為調頻范圍。簡稱頻寬。D=BT為時寬帶寬積，是線性調頻信號一個很重要的參數。LFM信號的頻譜近似為：+-]}2kothers近似程度取決于時寬帶寬積D，D越大，近似程度越高，即頻譜越接近于矩形。2k線調頻信號匹配濾波雷達發(fā)射LFM脈沖信號Arelt定目標的回波時域表示：TOC\o"1-5"\h\zi0rt—tk(t—t)2、rr)T2對應的匹配濾波器的傳輸函數近似(大時寬帶寬積下))為：H(①)=exp{j[(?0F)2_]}?-①V剪2k40212匹配濾波器輸出：S0=S(①)H(①)exp(-j?嗎)況八,=Ae-j?^Yk代入相關參數，△①=2丸B,k=2丸B[T，①=2丸f匹配濾波器時域輸出：001坷SQ)=赤』S。(Qe網如.-8lsin[丸B(t一t)]=柿丸B(t-tje眼"一")時寬帶寬積：D=BT匹配濾波器的包絡輸出如下圖4-3所示，所示，通常規(guī)定頂點下降到一4dB處的寬度為輸出脈沖的脈寬To，并且有To=1，所以脈沖壓縮比：T=BT=D03.1.2實驗過程根據實驗原理編寫頻域系統函數，導入參考信號并進行離散傅里葉變換，利用時域卷積定理將頻域信號與系統函數相乘在進行傅里葉逆變換，從而得到匹配濾波之后的時域信號。代碼如下：f1=load('C:\Users\Lenovo\Desktop\EXPERIMENT_3_DNA.txt');f11=f1(：,1)；f12=f1(:,2);f=f11+j*f12;B=10000000;T=0.00001;k=B/T;fs=40000000;N=fs*T;f0=0;n=0:N-1;t=n/fs;h=exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2));H=abs(fftshift(fft(h)));F=abs(fftshift(fft(f)));F=F.';G=F.*Hfigure(1);plot(n*fs/N,G);title(輸出信號頻譜')；figure(2);g=abs(ifftshift(ifft(G,N)));value=max(g);g=g/value;gx=20*log10(g);plot(t,gx);title('輸出時域波形')；figure(3);subplot(211);plot(t,h);title('系統函數時域波形);subplot(212);plot(n*fs,H);title('系統函數頻譜')；3.1.3實驗結果圖3-1

圖3-2

3.1.4實驗分析1、根據實驗原理中給出的系統函數可以知道輸出頻譜函數如下S0=*(S)H(w)exp(-j叫)=A―揶由此可知”變化會引起輸出信號脈沖位置的平移。=A―揶2、分析主旁瓣比:圖3-4主旁瓣比二一m一=20725-12.963.2實驗要求畫出給定信號的時域圖像，分析信號頻譜。利用給定的信號數據得到系統響應函數，并畫出參考函數頻譜。畫出匹配濾波后時域圖像，分析脈沖位置與系統函數t0的關系標出時域圖像的主旁瓣比。3.2.1實驗原理實際處理雷達系統中，為了壓低副瓣，通常是將匹配函數加窗，然后加零延

伸為也+Tp的時間長度，作傅立葉變換后并作共軛，和接收信號的傅立葉變換相乘后，作傅立葉逆變換，取前AT時間段的有效數據段。為了便于采用快速傅立葉變換，可能對匹配函數要補更多的零，對接收信號也要補零。脈壓處理過程的如圖3-4所示，其中虛框部分可事先計算好，以減小運算量。一丁一■/FFT共軛相乘IFFT參考信號3?2?2實驗過程一丁一■/FFT共軛相乘IFFT參考信號導入回波信號，對回波信號進行時域翻折得到參考信號。由傅里葉變換性質可知，頻域共軛相乘等價于時域共軛卷積，故對兩時域信號進行共軛周期卷積(離散傅里葉變換對應循環(huán)卷積，截斷之后即為單個周期的周期卷積)代碼如下：f1=load('C:\Users\Lenovo\Desktop\EXPERIMENT_3_DATA.txt');f11=f1(：,1).'；f12=f1(:,2).';fa=f11+j*f12;form=1:400fb(400-m+1)=f11(m)-j*f12(m);endfs=40000000;T=1/fs;N=400;fre=fs/N;n=1:799;fc=conv(fa,fb);value=max(fc);fc=fc/value;fcx=20*log10(fc);Fc=abs(fftshift(fft(fc)));figure(1);plot(n*T,fcx);title('輸出時域波形');figure(2);plot(n*fre,Fc);title(輸出頻域波形');m=1:400Fa=abs(fftshift(fft(fa)));Fb=abs(fftshift(fft(fb)));figure(3);subplot(211);plot(m*T,fa);title(輸入信號時域波形);subplot(212);plot(m*fre,Fa);title(輸入信號頻域波形);figure(4);subplot(211);plot(m*T,fb);titl