雷達(dá)系統(tǒng)分析大作

1、雷達(dá)系統(tǒng)分析大作作者： 陳雪娣學(xué)號(hào)： 04104207271.最大不模糊距離：Ru,maxC125km2 fr距離分辨率：Rc150m2Bm2.天線有效面積：Ae2G0.0716m24半功率波束寬度：3dbG6.4o43. 模糊函數(shù)的一般表示式為22s t s*tej 2f ddt; f d對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)s t1Recttejt2TpTp則有：1tRect t2; fdRecte j t 2e jt Tp dtTpTpTpsinfd Tp 1Tp; fd1Tpfd Tp 1分別令0, f d 0 可得220; f d ,;0sinfd TpTp0; fdfdTpsinT p1;01T pT

2、pT p1T p程序代碼見(jiàn)附錄1 的 T_3.m,仿真結(jié)果如下 :4.程序代碼見(jiàn)附錄1 的 T_4.m, 仿真結(jié)果如下 :通過(guò)比較得知， 加窗后的主副瓣比變大， 副瓣降低到 40db 以下，但主瓣的寬度卻增加了，約為未加窗時(shí)的 1.5 倍，主瓣也有一定的損失。5. 由雷達(dá)方程SNRPG2 2 TetKT LFR 41(4 )30計(jì)算可得SNR 196.55 40logRdb1作圖輸出結(jié)果如下，程序代碼見(jiàn)附錄1 的 T_5.m在 R=70km時(shí), 計(jì)算得單個(gè)脈沖的 SNR1=2.7497 db, 要達(dá)到要求的檢測(cè)性能則需要 12.5dB 的最小檢測(cè)輸入信噪比，而 M個(gè)相參脈沖積累可以將信噪比提高

3、 M倍， 故D0 (1)MSNR =9.44131因此要達(dá)到要求就需要10 個(gè)以上的相參脈沖進(jìn)行積累?？汕蟮每煞e累脈沖數(shù)為：N3 dbf r256a其中 ,a 為天線的搜索速度等于o30 /s. fr 是重復(fù)頻率為 1200hz. 故滿足要求 .6. 設(shè) t 時(shí)刻彈艦徑向與目標(biāo)航向的夾角為 （at ）, 目標(biāo)偏離彈軸方向的夾角為 （t）, 在t=0 時(shí), （ o）31o ,（ 0）1o .由幾何關(guān)系知 ,OMRo sinMPRo cos經(jīng) t 秒后 ,M ' P ' O'M '(t )(t )MPVst Vat cos 'OMVat sin 'a

4、rctanO'M 'M ' P '(t)'O'M 'OM Va t sin 'R(t)sin (t )sin (t )VdVa cos(t)Vs cos (t)又因?yàn)閏os(t) cos(t)')cos(t )cos 'sin(t )sin'31sin(t )cos(t )22故 Vd Va3 cos(t)1 sin(t )Vs cos(t)22f d (t)Vd3 Va2Vscos(t)1 sin2(t )2Vd 23Va Vs cos (t)1sin (t )fd22利用以上的關(guān)系式即可計(jì)算出第 i 個(gè)

5、重復(fù)周期彈目間的距離 Ri (t) 和回波信號(hào)的多普勒頻率 fd (t) . 仿真程序代碼見(jiàn)附錄 1 的 T_6.m. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下 :由仿真結(jié)果可知 ,fd (t) 的變化不大 , 這表明相對(duì)速度的變化不大，同時(shí)可求得Vd688 m / s.7. (1)相干積累 :由于相對(duì)速度的變化不大，所以在仿真時(shí)取定值Vd688m / s 。仿真程序代碼見(jiàn)附錄1 的 T_7_1.m.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下 :相干積累前后的信噪比情況如下圖所示：由仿真結(jié)果知，積累前匹配濾波器輸出的信噪比為約12dB。已知 M 個(gè)脈沖相參積累可以將信噪比提高M(jìn) 倍，所以， 64 個(gè)脈沖相參積累后的信噪比將提高64 倍（ 18db）。

6、相干積累后輸出的信噪比約30db，與預(yù)期效果相符。(2) 非相干積累：雙極點(diǎn)濾波器的時(shí)域框圖如下：由此可的它的頻域響應(yīng)：2k2exp2d/1其中k12expd/12cos( d )2k2exp2d/1式中：0.63 ， Nd2.2， N是半功率波束寬度。仿真程序代碼見(jiàn)附錄1 的 T_7_2.m.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下 :非相干積累前后的信噪比情況如下圖所示：由仿真結(jié)果知， 積累前匹配濾波器的信噪比為約 12dB。非相干積累后輸出的信噪比約20db。將非相干的結(jié)果與相干積累的效果進(jìn)行比較，可知，相干積累的效果明顯優(yōu)于非相干積累。附錄 1程序代碼第3題:% T_3.m %clear allclcclftau

7、p=1;%脈沖寬度100usb=10;%帶寬up_down=-1;%up_down=-1正斜率， up_down=1 負(fù)斜率x=lfm_ambg(taup,b,up_down); %計(jì)算模糊函數(shù)taux=-1.1*taup:.01:1.1*taup;fdy=-b:.01:b;figure(1)mesh(100*taux,fdy./10,x)%畫(huà)模糊函數(shù)xlabel('Delay - mus')ylabel('Doppler - MHz')zlabel('| chi ( tau,fd) |')title('模糊函數(shù) ')figure

8、(2)contour(100.*taux,fdy./10,x)%畫(huà)等高線xlabel('Delay - mus')ylabel('Doppler - MHz')title('模糊函數(shù)等高線 ')grid onN_fd_0=(length(fdy)+1)/2; % fd=0的位置x_tau=x(N_fd_0,:);%時(shí)間模糊函數(shù)figure(3)plot(100*taux,x_tau)axis(-110 110 0 1)xlabel('Delay - mus')ylabel('| chi ( tau,0) |')ti

9、tle('時(shí)間模糊函數(shù) ')grid onN_tau_0=(length(taux)+1)/2; % tau=0的位置x_fd=x(:,N_tau_0);%速度模糊函數(shù)figure(4)plot(fdy./10,x_fd)xlabel('Doppler - MHz')ylabel('| chi ( 0,fd) |')title('速度模糊函數(shù) ')grid onx_db=20*log10(x+eps);I,J=find(abs(x_db+6)<0.09); %取 6db 點(diǎn)的位置I=(I-b/.01)/(1/.01);%Do

10、ppler維 坐標(biāo)變換J=(J-1.1*taup/.01)/(1/.01); %時(shí)間維 坐標(biāo)變換figure(5)%6db的等高線plot(J*100,I/10,'.')axis(-110 110 -1 1)xlabel('Delay - mus')ylabel('Doppler - MHz')title('模糊函數(shù) 6db的等高線 ')grid on%-模糊函數(shù) -functionx=lfm_ambg(taup,b,up_down)% taup 脈沖寬度 ;% b帶寬 ;%up_down=-1正斜率， up_down=1 負(fù)斜率

11、eps=0.0000001;i=0;mu=up_down*b/2./taup;for tau=-1.1*taup:.01:1.1*taupi=i+1;j=0;for fd=-b:.01:bj=j+1;val1=1-abs(tau)/taup;val2=pi*taup*(1-abs(tau)/taup);val3=(fd+mu*tau);val=val2*val3+eps;x(j,i)=abs(val1*sin(val)/val);endend%第4題:%T_4.m%利用頻域處理方法進(jìn)行脈沖壓縮%clear allclcclfeps = 1e-10;Te=100e-6;%脈沖帶寬Bm=1e6;%

12、調(diào)頻mu=Bm/Te;%調(diào)頻斜率Ts=1/(2*Bm);%采樣周期Ns=fix(Te/Ts);%采樣點(diǎn)數(shù)Nf=1024;% fft點(diǎn)數(shù)t=0:Ts:Te-Ts;y=exp(j*pi*mu*t.2);%脈沖壓縮前的線形調(diào)頻信號(hào)yfft = fft(y,Nf) ;h=zeros(1,Ns);for i=1:Nsh(i)=conj(y(Ns-i+1);endhfft= fft(h,Nf);%匹配濾波器的頻域響應(yīng)ycomp =abs(ifft(yfft .*hfft); %脈沖壓縮maxval = max (ycomp);ycomp = eps + ycomp ./ maxval; %利用最大值歸一化

13、ycomp_db=20*log10(ycomp);%取對(duì)數(shù)%加窗處理 %win = hamming(Ns)'h_w=h.*win;%加窗hfft_w=fft(h_w,Nf);%加窗的匹配濾波器的頻域響應(yīng)ycomp_w = abs(ifft(yfft .*hfft_w); %脈沖壓縮maxval1 = max(ycomp_w);val=ycomp_w ;ycomp_w = eps + ycomp_w ./ maxval;%利用 ycomp的最大值歸一化ycomp_w1 = eps + val./ maxval1;%利用 ycomp_w的最大值歸一化ycomp_w_db=20*log10(

14、ycomp_w);% 取對(duì)數(shù)ycomp_w1_db=20*log10(ycomp_w1);% 取對(duì)數(shù)%tt =0:Ts:2*Te-Ts; figure(1)plot (tt,ycomp_db(1:2*Ns),'g') axis(.2*Te 1.8*Te -60 0 ) xlabel ('t - seconds '); ylabel(' db')title(' 沒(méi)有加窗的脈沖壓縮輸出 ') grid onfigure(2)plot (tt,ycomp_w1_db(1:2*Ns),'r') axis(.2*Te 1.8

15、*Te -60 0 ) xlabel ('t - seconds ');ylabel(' db')title(' 加窗的脈沖壓縮輸出 ') grid onfigure(3)plot (tt,ycomp_db(1:2*Ns),'g',tt,ycomp_w_db(1:2*Ns),'r')axis(.7*Te 1.3*Te -60 0 )xlabel ('t - seconds ');ylabel(' db')legend('未加窗 ','加窗 ');tit

16、le('脈沖壓縮輸出對(duì)比 ')grid on%第5題: % T_5.m%SNR與距離的關(guān)系 %clear all clc eps=1e-10;c = 3.0e+8; % speed of lightlambda =0.03; %波長(zhǎng)pt=20;%峰值功率lambda=0.03; % 波長(zhǎng)tao=100e-6;%發(fā)射脈沖寬度G_db=30;%天線增益 in dbsigma=1000;%RCSk=1.38e-23;%Boltzman's constantTo=290;%標(biāo)準(zhǔn)室溫F_db=2;%噪聲系數(shù) in dbL_db=5;%系統(tǒng)損失 in dbR=70e3:-100:0

17、; %距離val=10*log10(pt*tao*lambda2*sigma)/(4*pi)3*k*To)+2*G_db-F_db-L_db;SNR=val-40*log10(R);figure(1)plot(R./1e3,SNR)title('SNR與距離的關(guān)系 ')xlabel('距離 - km')ylabel('SNR - db')grid onSNR1=val-40*log10(70e3)% 計(jì)算 R=70km時(shí)的 SNR%第6題: % T_6.m clear all clclembda=0.03; % 波長(zhǎng) fr=1200; % 重復(fù)頻

18、率tra=180/pi;%度到弧度的轉(zhuǎn)化量alpha=31/tra; %t=0時(shí)彈艦徑向與目標(biāo)航向的夾角alpha_p=30/tra;%導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)方向與目標(biāo)航向的夾角Ro=70e3;%t=0時(shí)的彈艦距離Vs=10;%艦船速度Va=680;%導(dǎo)彈速度OM=Ro*sin(alpha); % t=0時(shí) 彈艦垂直距離MP=Ro*cos(alpha); % t=0時(shí) 彈艦垂直距離%t=0:1/fr:10;OM_t=OM-0.5*Va.*t; % t時(shí)刻 彈艦垂直距離MP_t=MP-Vs.*t-sqrt(3)*Va.*t/2;%t時(shí)刻 彈艦垂直距離alpha_t=atan(OM_t./MP_t); %t時(shí)刻

19、彈艦徑向與目標(biāo)航向的夾角R_t=OM_t./sin(alpha_t); %t時(shí)刻彈艦距離% t 時(shí)刻彈艦徑向速度vd_t=(sqrt(3)/2*Va+Vs).*cos(alpha_t)+0.5*Va.*sin(alpha_t); fd_t=2*vd_t/lembda; %t 時(shí)刻多普勒頻移%figure(1)plot(t,R_t)title ('t時(shí)刻彈艦距離 ')xlabel('時(shí)間 - s')ylabel('彈艦距離 - m')figure(2)plot(t,fd_t)title('t時(shí)刻多普勒頻移 ')xlabel('

20、;時(shí)間 - s')ylabel('多普勒頻移 - hz')%第7題:%T_7_1.m% 相干積累clear allclcclfc=3e8;% speed of lightTe=100e-6; %發(fā)射脈沖寬度Be=1e6; mu=Be/Te; Ts=1/(2*Be); Ro=70e3; fo=c/0.03; Vr=688;%帶寬%調(diào)頻斜率%采樣頻率%起始距離%中心頻率%徑向速度t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.2);Wf=fft(W,1024);%nnn=fix(Ro-30e3)/75);%采樣的起始位置 , 從 30km開(kāi)始采樣R=0:75:15

21、e3-75;%在 30km和 45km之間采樣，采樣間隔for i=1:200for k=1 :64Ri(k,i)=R(i)-Vr*Ts*(k-1);endendtaoi=2*Ri/c;echo=100.225*0.707*(randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1);for i=1:64%回波信號(hào)echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199)+.exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).2);75mendfor i=1:64%脈沖壓縮sp2(i,:)=ifft(fft(ech

22、o(i,:),1024).*conj(Wf),1024);endfor k=1:1024%相干積累sct(:,k)=abs(fftshift(fft(sp2(:,k),256);endsct=sct./max(max(sct);%歸一化sp=sp2./max(max(sp2);%歸一化%積累前后信噪比輸出figure(1)plot(20*log10(abs(sp')ylabel('-db')title('相干積累前 ')axis(1 1024 -30 0)figure(2)plot(20*log10(sct')ylabel(' - db&

23、#39;)title('相干積累輸出 ')axis(1 1024 -30 0)%積累結(jié)果輸出r=(1:1024)*75+30e3)./1e3;dp=(-128:127)*(Be/128)/1e3;figure(1)mesh(r,dp,sct)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('相干積累輸出結(jié)果 ')figure(2)contour(r,dp,sct)axis(30 100 -200 200)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler -

24、 kHz')title('R-fd等高線 ')grid ondp=(-32:31)*(Be/32)/1e3;figure(3)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(echo)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('相干積累前的結(jié)果 ')% T_7_2.m% 非相干積累 clcclear allc=3e8;% speed of lightTe=100e-6; % 發(fā)射脈沖寬度Be=1e6;% 帶寬mu=Be/Te;%調(diào)頻斜率Ts=1/(2*Be);%

25、采樣頻率Ro=70e3;%起始距離fo=c/0.03;%中心頻率Vr=688;%徑向速度f(wàn)r=1200;%重復(fù)頻率t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.2);Wf=fft(W,1024);%-雙極點(diǎn)濾波器 -%sheta_3_db=6.4; % 半功率波束寬度v=30;%天線的搜索速度N=sheta_3_db*fr/v;wd_tao=2.2/N;xi=0.63;k1=2*exp(-xi*wd_tao/sqrt(1-xi2)*cos(wd_tao);k2=exp(-2*xi*wd_tao/sqrt(1-xi2);NN=64;w=-pi:pi/NN:pi-pi/NN;j=sqr

26、t(-1);H=exp(-j.*w)./(1-k1*exp(-j*w)+k2*exp(-2*j.*w);h=ifft(H,64);%-信號(hào)處理 -%nnn=fix(Ro-30e3)/75);% 采樣的起始位置 , 從 30km開(kāi)始采樣 R=0:75:15e3-75; % 在 30km和 45km之間采樣，采樣間隔 75m for i=1:200for k=1 :64Ri(k,i)=R(i)+Vr*Ts*(k-1);endendtaoi=2*Ri/c;echo=100.275*0.707*randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1);for i=1:64

27、% 回波信號(hào)，加隨機(jī)相位模擬非相干信號(hào) echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199).+exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).2 .+j*2*pi*rand*ones(1,200);endfor i=1:64%脈沖壓縮sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),1024);endfor i=1:1024 %用雙極點(diǎn)濾波器進(jìn)行非相干積累isct(:,i)=conv(sp2(:,i),h)'endfor k=1:1024sct(:,k)=abs(fftshift(f

28、ft(isct(:,k),256);endsct=sct./max(max(sct); %歸一化sp2=sp2./max(max(abs(sp2); %歸一化%積累前后信噪比輸出figure(1)plot(20*log10(abs(sp2')ylabel('-db')title('非相干積累前 ')axis(1 1024 -30 0)figure(2)plot(20*log10(sct')ylabel(' - db')title('非相干積累輸出 ')axis(1 1024 -30 0)%積累結(jié)果輸出r=(1:10

29、24)*75+30e3)./1e3;dp=(-128:127)*(Be/128)./1e3;figure(3)mesh(r,dp,sct)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('非相干積累輸出結(jié)果 ')figure(4)contour(r,dp,sct)axis(30 100 -200 200)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('R-fd等高線 ')grid ondp=(-32:31)*(Be/3

30、2)/1e3;figure(5)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(echo)xlabel('距離 km')ylabel('Doppler - kHz')title('非相干積累前的結(jié)果 ')% %二 翻譯11.2 比幅單脈沖比幅單脈沖跟蹤類似于對(duì)于圓形區(qū)域而言需要四個(gè)斜的波束來(lái)測(cè)量目標(biāo)的角度位置。區(qū)別就是這四個(gè)波束是同時(shí)產(chǎn)生而不是相繼產(chǎn)生的。因?yàn)檫@個(gè)目的，一種特殊的天線饋電正是利用一個(gè)單獨(dú)的脈沖產(chǎn)生四個(gè)波束原理，因此它的名字叫做單脈沖。并且，單脈沖跟蹤更加精確并且不容易受圓柱形的近點(diǎn)角的影響，比如調(diào)幅干擾和獲得的倒置

31、的電子對(duì)抗措施。最后，連續(xù)并且圓錐形變化的雷達(dá)回波降低了跟蹤的精度；盡管如此，自從一個(gè)單獨(dú)的脈沖被用來(lái)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)后者對(duì)單脈沖技術(shù)已經(jīng)不是一個(gè)問(wèn)題。單脈沖跟蹤雷達(dá)既可以用天線反射器又可以用相控陣天線。圖 11.7 顯示了一種典型的單脈沖天線的模型。 A,B,C,D 四個(gè)波束描繪出四個(gè)圓錐形掃描波束的位置。這四個(gè)方向，大體上呈喇叭狀，用來(lái)產(chǎn)生單脈沖天線的模式。振幅單脈沖處理器要求這四個(gè)信號(hào)有相同的相位但卻有不同的幅度。圖 11.7 單脈沖天線模型一個(gè)解釋振幅單脈沖技術(shù)的好方法就是用天線軸線的圓形中心來(lái)表示目標(biāo)回波信號(hào)，正如圖11.8a 所示，在圖中四個(gè)象限表示四個(gè)波束。在這種情況下，這四個(gè)喇叭接

32、受相等的能量，這就顯示目標(biāo)位于天線跟蹤的軸線上。然而，當(dāng)目標(biāo)不在軸線上時(shí)（圖11.8b-d），各喇叭中的能量就會(huì)不平衡。這個(gè)不平衡的能量用來(lái)產(chǎn)生差信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)。單脈沖處理包括計(jì)算天線模型的一個(gè)加兩個(gè)不同的差（方位角和仰角）然后除去差信道的電壓核信道的電壓，信號(hào)的角度就可以確定了。圖 11.8 用圖形解釋單脈沖的概念 (a) 目標(biāo)在軸線上（ b-d）目標(biāo)不在軸線上雷達(dá)通過(guò)不斷比較返回波束的幅度和相位來(lái)判斷目標(biāo)對(duì)軸線的位移。四個(gè)信號(hào)的相位相位在傳輸和接受模式都是連續(xù)的，這是關(guān)鍵性的。因此，任何數(shù)字電路或是微波比較電路都可以利用。圖11.9 顯示了一個(gè)典型的微波比較儀的方框圖，圖中三個(gè)接收

33、通道分別被稱為加通道，仰角差通道和方位角差通道。圖 11.9 單脈沖比較器為了產(chǎn)生仰角差波束，我們可以用波束差（A-D ）或（ B-C）。然而，通過(guò)先形成和的形式 (A+B) 和(D+C) 然后計(jì)算 (A+B)-(D+C) 的差，我們獲得一個(gè)更強(qiáng)的仰角差信號(hào)，el。同樣，通過(guò)首先形成和的形式(A+B) 和(D+C) 然后計(jì)算 (A+B) -(D+C) 的差，一個(gè)更強(qiáng)的方位角差信號(hào)，az ，也產(chǎn)生了。一個(gè)簡(jiǎn)單的單脈沖雷達(dá)的結(jié)構(gòu)方框圖如圖11.10.所示。加通道被用作發(fā)射和接收。在接收機(jī)中加通道為其他兩個(gè)不同的通道提供相位參考。加通道還可以用來(lái)測(cè)距。為了說(shuō)闡明加通道和差通道的天線模型是如何形成的，

34、我們將會(huì)假設(shè)一個(gè) sin/為天線的單獨(dú)的一部分和斜角。歸一化的加信號(hào)0（方位角或仰角）如下所示sin(0 ) sin(0 )( )（11.7）00圖 11.10 簡(jiǎn)單比幅單脈沖雷達(dá)框圖而歸一化的差信號(hào)為sin(0 ) sin(0 )( )（11.8）00MATLAB函數(shù)“ mono_pulse.m”函數(shù)“mono_pulse.m”的功能是實(shí)現(xiàn)等式 (11.7)和(11.8)。它的輸出包括和模式和差模式天線方向圖以及差和比。函數(shù)形式為：mono_pulse(phi0)其中 phi0 為斜角，單位是弧度。MATALB 函數(shù) mono_pulse.m程序如下：function mono_pulse(phi0)% phi0為跟蹤軸偏離波束軸的偏角eps = 0.0000001;angle = -pi:0.01:pi;y1 = sinc(angle + phi0);y2 = sinc(angle - phi0);ysum = y1 + y2;% 計(jì)算和模式天線方向圖ydif = -y1 + y2;% 計(jì)算差模式天線方向圖figure (1)plot (angle,y1,'b',angle,y2,'r');grid;xlabel ('方位（弧度）')ylabel ('斜視模式 ')figure (2)plot(angle,