雷達技術實驗報告

1、雷達技術實驗報告雷達技術實驗報告專業(yè)班級: 姓名： 學號： - 12 -一、 實驗內容及步驟 1.產生仿真發(fā)射信號：雷達發(fā)射調頻脈沖信號，IQ兩路；2.觀察信號的波形，及在時域和頻域的包絡、相位； 3.產生回波數據：設目標距離為R=0、5000m； 4.建立匹配濾波器，對回波進行匹配濾波； 5.分析濾波之后的結果。二、實驗環(huán)境 matlab三、 實驗參數 脈沖寬度 T=10e-6; 信號帶寬 B=30e6;調頻率 =B/T; 采樣頻率 Fs=2*B; 采樣周期 Ts=1/Fs; 采樣點數 N=T/Ts;匹配濾波器 h(t)=St*(-t) 時域卷積conv ，頻域相乘fft， t=linspa

2、ce(T1,T2,N);4、 實驗原理1、匹配濾波器原理：在輸入為確知加白噪聲的情況下，所得輸出信噪比最大的線性濾波器就是匹配濾波器，設一線性濾波器的輸入信號為： 其中：為確知信號，為均值為零的平穩(wěn)白噪聲，其功率譜密度為。 設線性濾波器系統(tǒng)的沖擊響應為，其頻率響應為，其輸出響應： 輸入信號能量： 輸入、輸出信號頻譜函數： 輸出噪聲的平均功率： 利用Schwarz不等式得： 上式取等號時，濾波器輸出功率信噪比最大取等號條件： 當濾波器輸入功率譜密度是的白噪聲時，MF的系統(tǒng)函數為： 為常數1，為輸入函數頻譜的復共軛，也是濾波器的傳輸函數 。 為輸入信號的能量，白噪聲的功率譜為 只輸入信號的能量和白

3、噪聲功率譜密度有關。白噪聲條件下，匹配濾波器的脈沖響應： 如果輸入信號為實函數，則與匹配的匹配濾波器的脈沖響應為： 為濾波器的相對放大量，一般。匹配濾波器的輸出信號： 匹配濾波器的輸出波形是輸入信號的自相關函數的倍，因此匹配濾波器可以看成是一個計算輸入信號自相關函數的相關器，通常=1。 2、線性調頻信號（LFM） LFM信號(也稱Chirp 信號)的數學表達式為： 2.1 式中為載波頻率，為矩形信號， ，是調頻斜率，于是，信號的瞬時頻率為，如圖1 圖1 典型的chirp信號（a）up-chirp(K0)（b）down-chirp(K1時，LFM信號特征表達式如下： 2.3 對于一個理想的脈沖壓

4、縮系統(tǒng)，要求發(fā)射信號具有非線性的相位譜，并使其包絡接近矩形；其中就是信號s(t)的復包絡。由傅立葉變換性質，S(t)與s(t)具有相同的幅頻特性，只是中心頻率不同而已。因此，Matlab仿真時，只需考慮S(t)。 3、LFM信號的脈沖壓縮 窄脈沖具有寬頻譜帶寬，如果對寬脈沖進行頻率、相位調制，它就可以具有和窄脈沖相同的帶寬，假設LFM信號的脈沖寬度為T，由匹配濾波器的壓縮后，帶寬就變?yōu)椋?，這個過程就是脈沖壓縮。信號的匹配濾波器的時域脈沖響應為： 3.1 是使濾波器物理可實現所附加的時延。理論分析時，可令0，重寫3.1式， 將3.1式代入2.1式得: 圖3 LFM信號的匹配濾波如圖3,經過系統(tǒng)

5、得輸出信號當時, （3.4）當時, （3.5） 3.5合并3.4和3.5兩式： 3.6式即為LFM脈沖信號經匹配濾波器得輸出,它是一固定載頻的信號，這是因為壓縮網絡的頻譜特性與發(fā)射信號頻譜實現了“相位共軛匹配”，消除了色散；當時，包絡近似為辛克（sinc）函數。 圖4 匹配濾波的輸出信號如圖4，當時，為其第一零點坐標；當時，習慣上，將此時的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。 LFM信號的壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比D 壓縮比也就是LFM信號的時寬-帶寬積。 s(t),h(t),so(t)均為復信號形式，Matab仿真時，只需考慮它們的復包絡S(t),H(t),So(t)。5、

6、 實驗結果LFM信號的時域波形和幅頻特性/實現LFM信號的matlab代碼T=10e-6; %脈沖脈寬10usB=30e6; %調頻調制帶寬30MHzK=B/T; %線性調頻斜率Fs=2*B;Ts=1/Fs; %采樣頻率和采樣間隔N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.2); %調頻信號subplot(211)plot(t*1e6,real(St);xlabel(t/s);title(線性調頻信號的實部);grid on;axis tight;subplot(212)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);plot(freq*

7、1e-6,fftshift(abs(fft(St);xlabel(f/Mhz);title(線性調頻信號的頻率譜);grid on;axis tight;線性調頻信號的匹配濾波/實現匹配濾波器及放大的matlab代碼T=10e-6; B=30e6; K=B/T; Fs=10*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.2); Ht=exp(-j*pi*K*t.2); %匹配濾波器Sot=conv(St,Ht); %匹配濾波器后的線性調頻信號subplot(211)L=2*N-1;t1=linspace(-T,T,L);Z=a

8、bs(Sot);Z=Z/max(Z); %歸一化Z=20*log10(Z+1e-6);Z1=abs(sinc(B.*t1); %sinc函數Z1=20*log10(Z1+1e-6);t1=t1*B; plot(t1,Z,t1,Z1,r.);axis(-15,15,-50,inf);grid on;legend(仿真,sinc);xlabel(時間);ylabel(振幅,dB);title(匹配濾波器后的線性調頻信號);subplot(212) %放大N0=3*Fs/B;t2=-N0*Ts:Ts:N0*Ts;t2=B*t2;plot(t2,Z(N-N0:N+N0),t2,Z1(N-N0:N+N0

9、),r.);axis(-inf,inf,-50,inf);grid on;set(gca,Ytick,-13.4,-4,0,Xtick,-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3);xlabel(時間);ylabel(振幅,dB);title(匹配濾波器后的線性調頻信號（）);仿真結果 /matlab代碼function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)if nargin=0 T=10e-6; B=30e6; Rmin=10000;Rmax=15000; R=10500,11000,12000,12008,13000,13002; %理想點目標距離 RCS=

10、1 1 1 1 1 1; %雷達散射截面end%=%C=3e8; %傳播距離K=B/T; Rwid=Rmax-Rmin; %儀表接受窗口Twid=2*Rwid/C; %一秒接受窗口Fs=5*B;Ts=1/Fs; %采樣頻率和采樣間隔Nwid=ceil(Twid/Ts); %接收窗口數%=%Gnerate the echo t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid); %當 t=2*Rmin/C打開窗口 %當t=2*Rmax/C關閉窗口 M=length(R); %目標數 td=ones(M,1)*t-2*R/C*ones(1,Nwid);Srt=RCS*(exp(j*

11、pi*K*td.2).*(abs(td)T/2);%點目標雷達回波 %=%用FFT和IFFT脈沖壓縮雷達數字處理Nchirp=ceil(T/Ts); %脈沖持續(xù)時間Nfft=2nextpow2(Nwid+Nwid-1); %脈沖持續(xù)時間 %計算線性的數目 %利用FFT算法的卷積Srw=fft(Srt,Nfft); % FFT的雷達回波t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp); St=exp(j*pi*K*t0.2); % FFT的雷達回波 Sw=fft(St,Nfft); %fft線性調頻斜率Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw); %信號經過脈沖壓縮%

12、=N0=Nfft/2-Nchirp/2;Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);%figuresubplot(211)plot(t*1e6,real(Srt);axis tight;xlabel(時間);ylabel(振幅)title(原始回波信號);subplot(212)plot(t*C/2,Z)axis(10000,15000,-60,0);xlabel(距離);ylabel(振幅，dB)title(距離壓縮后信號);6、 實驗心得經過這次實驗的經歷加深了我對雷達技術中線性調頻脈沖的理解，通過查找資料和同學交流探討，學習到了匹配濾波器的工作原理、特性特點以及LFM信號的形式