隨機(jī)信號(hào)處理MATLAB仿真報(bào)告

1、隨機(jī)信號(hào)處理MATLA時(shí)真報(bào)告隨機(jī)信號(hào)處理仿真報(bào)告學(xué)院：電光學(xué)院姓名：賴佳彬?qū)W號(hào):116104000585指導(dǎo)教師：顧紅Question:仿真多普勒雷達(dá)信號(hào)處理設(shè)脈沖寬度為各學(xué)生學(xué)號(hào)末兩位,單位為us,重復(fù)周期為200US,雷達(dá)載頻為10GHz輸入噪聲為高斯白噪聲。目標(biāo)回波輸入信噪比可變(-35dB10dB),目標(biāo)速度可變(01000m/s),目標(biāo)距離可變(010000m),相干積累總時(shí)寬不大于10ms程序要參數(shù)化可設(shè)。(1)仿真矩形脈沖信號(hào)自相關(guān)函數(shù)；單目標(biāo)時(shí)：給出回波視頻表達(dá)式；脈壓與FFT后的表達(dá)式；給出雷達(dá)脈壓后與MTD(FFT1 口窗與不加窗)后的輸出圖形，說(shuō)明FFT加窗抑 制頻譜泄

2、露效果；通過(guò)仿真說(shuō)明脈壓輸出與FFT輸出的SNR時(shí)寬與帶寬，就是否與理論分析 吻合；仿真說(shuō)明脈壓時(shí)多卜勒敏感現(xiàn)象與多卜勒容限及其性能損失(脈壓主旁比與多卜勒的曲線)。雙目標(biāo)時(shí)：仿真出大目標(biāo)旁瓣掩蓋小目標(biāo)的情況；仿真出距離分辨與速度分辨的情況。1、矩形脈沖自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)：Rs(ti,t2)Es(ti)s*(t2)時(shí)間收區(qū)間父小152、混頻后的信號(hào)回波視頻表達(dá)式：Sr(t) Ac(t )cos2 f0(t)ej2 fdt混頻后的信號(hào)：s(t) Ac(t)ej2fdt時(shí)延：2R/c將原始信號(hào)循環(huán)移位，移位的長(zhǎng)度為，再乘以多普勒頻移ej2 fdt,并加上高斯白 噪聲，形成回波信號(hào)。x 1043、

3、回波信號(hào)脈壓接收到的寬脈沖輸入到匹配濾波器，經(jīng)過(guò)處理后，寬輸入脈沖被壓縮為非常窄 的脈沖。對(duì)發(fā)射波形的寬帶調(diào)制與隨后的匹配濾波接收實(shí)現(xiàn)了脈沖壓縮處理。假定雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)為S()，接收機(jī)傳遞函數(shù)為H()。如果接收機(jī)與接收到的信號(hào)匹配，那么接收機(jī)的傳遞函數(shù)將就是與輸入端接收信號(hào)的復(fù)共腕rtt-t，、* ，、，*即：H( ) S ()，那么 G( ) S( )S ()。頻域中函數(shù)的復(fù)共腕等于時(shí)域中對(duì)應(yīng)信號(hào)的反轉(zhuǎn)，所以：g(t) s( )s(t )d將原始信號(hào)的單個(gè)周期取反后與混頻后的回波信號(hào) 進(jìn)行卷積，即作匹配濾波，從而實(shí)現(xiàn)脈壓。里目棘脈壓國(guó)雙目標(biāo)脈壓圓靖1口34、距離門(mén)重排、FFTFFT 后的表

4、達(dá)式：S( )R(t)ejtdt隨機(jī)信號(hào)處理MATLA時(shí)真報(bào)告圖4、2 X軸視圖34st 10圖4、1o OO 口 o OO6 Q 06 石11010on4單目標(biāo)的距離門(mén)重排隨機(jī)信號(hào)處理MATLA時(shí)真報(bào)告單目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）圖4、4重排后FFT的速度視圖（不加窗）雙目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）之反m修距禺fm圖4、3重排后FFT100雙目標(biāo)重排后的FFT（不加雷）50-50-401020隨機(jī)信號(hào)處理MATLA時(shí)真報(bào)告巧口 ! -40-30-20-10010見(jiàn) 40_速度m總雙目標(biāo)重排后的FFT（加窗）5 0 111nliIN-40-30-20-10010203040速度m總加窗后旁瓣

5、減小，對(duì)旁瓣有良好的抑制效果!圖4、5重排后FFT的速度視圖（加窗）卸1111L00,51 k5 2距離/m單目標(biāo)重排后的FFT（加窗）253x 10單目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）0.511.5225距離雙目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）34110圖 4,6 重排后 FFT 的距離視圖5、脈壓與FFT輸出的SNR曾益，時(shí)寬與帶寬(1)脈壓輸出的SNR 增益,時(shí)寬與帶寬0-5-101 74 1.75 179 1.B 1 82 1.34 1 86 1 3B 1.91.92 1.34-15.-3靖1口3雙目標(biāo)脈壓分貝圖脈壓信號(hào)增益二脈壓的時(shí)寬壓縮比二脈壓的帶寬壓縮比=脈壓信號(hào)時(shí)寬帶寬積=10*log0、

6、000085/（0、001864-0、001802）=10*log（1、37）=1、37dB脈壓后時(shí)寬62us,帶寬16、13kHz(2)FFT 輸出的 SNR 增益:理論值=10log40=16、02dB!速度m片從圖中可以讀出FFT后的總信噪比增益為77、84-52、57=25、27dB,則FFT級(jí)增益=25、27-10=15、27,與理論值相符合6、距離分辨率與速度分辨率1、距離分辨率距離分辨率：c* /2 12750m當(dāng)R1=10000m,R2=20000m時(shí)，分不清兩個(gè)目標(biāo)單目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）1 OO r-.-50 l 一100.51 y 2253距離加冥1小雙目標(biāo)重排后的

7、FFT（不加窗）100卸11111100,511.522 53距離屋當(dāng)R1=10000m,R2=25000m時(shí)，能分清兩個(gè)目標(biāo)單目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）10D | ” - ； ；（距離模糊：c* T / 2 = 30000m）2、速度分辨率速度分辨率：(1/fd)<T*PulseNum,Vf=c/(2*fc*T*PulseNum)=1、8750m 當(dāng)速度A1=A,v1=10m/s;A1=4*A,v2=20m/s時(shí)，可辨別兩不同速度目標(biāo)單目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）1 00?。?二：-巧口11-111'1-40-30-20-100102 口 3040_速度m抬雙目標(biāo)重排后的FF

8、T(不加窗)50 118-40-30-20-10010203040速度Mt當(dāng)速度A1=A,v1=18m/s;A1=8*A,v2=20m/s時(shí),大目標(biāo)速度掩蓋小目標(biāo)速度單目標(biāo)重排后的FFT（不加窗）1 00巧口 ! -40-30-20-100102。 見(jiàn) 40_速度m總雙目標(biāo)重排后的FFT（不加雷）5 0 111nliIN-40-30-20-10010203040（速度模糊：fd max fr/2 ,vmax=37、5m/s）7、多卜勒敏感現(xiàn)象、多卜勒容限多普勒班感現(xiàn)象807570656055504500.20.40.60,811.21.41.61.82券普勒頻率川信麴當(dāng)多普勒頻率發(fā)生變化( 目

9、標(biāo)速度發(fā)生變化) 時(shí) , 得到的主瓣峰值下降, 但就是 , 并不就是無(wú)限下降, 存在最小值, 這就就是多普勒敏感現(xiàn)象與多普勒容限。附錄:MATLA酶代碼%脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)處理%脈沖寬度:85us; 重復(fù)周期:200us; 載頻 :10GHz; 輸入噪聲: 高斯白噪聲%目標(biāo)回波輸入信噪比:-3510dB; 目標(biāo)速度:01000m/s; 目標(biāo)距離:010000m%相干累計(jì)總時(shí)寬: 不大于 10msclearall ;closeall ;clc;c=3e8;fc=10e9;%載頻fs=3e6;%采樣率Ts=1/fs;%采樣間隔T=2e-4;%脈沖重復(fù)周期fm=1/T;%脈沖重復(fù)頻率PW=85e-6

10、;%脈沖寬度B=1/PW;D=100*PW/T;%占空比N=round(T/Ts);%單周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)PulseNum=40;%脈沖數(shù)目, 相干累積時(shí)間不超過(guò)10ms(PulseNum<50)Tr=PulseNum*T;%信號(hào)總長(zhǎng)度t=0:Ts:(Tr-Ts);s=(square(2*pi*fm*t,D)+1)/2;%脈沖視頻信號(hào)figure(1);subplot(211)plot(t,s);xlabel（ ' 時(shí)間 /s' ）;ylabel( ' 幅度 ' );title( ' 脈沖視頻信號(hào)' );axis(0,Tr,-1,1、 5);r

11、,lags=xcorr(s,s(1:round(T/Ts);subplot(212)plot(lags,r)axis(0,2、4*104,-100,350)；xlabel( ' 區(qū)間 ' );title( ' 矩形脈沖信號(hào)自相關(guān)函數(shù)' );%回波信號(hào)v1=10;R1=5000;v2=20;R2=10000;fd1=2*v1*fc/c;fd2=2*v2*fc/c;Rc=c*PW/2;%目標(biāo)1%目標(biāo)2%回波1 多普勒頻移%回波2 多普勒頻移%距離分辨率理論值Vf=c/(2*fc*T*PulseNum);delay_num1=round(2*R1/c)/Ts);del

12、ay_num2=round(2*R2/c)/Ts);st1=circshift(s,0,delay_num1);st2=circshift(s,0,delay_num2);st1=st1、 *exp(1i*2*pi*fd1*t);st2=st2、 *exp(1i*2*pi*fd2*t);L=100;%速度分辨率理論值(1/fd)<T*PulseNum%回波1 的時(shí)延%回波2 的時(shí)延%加入多普勒頻移1%加入多普勒頻移2ht=fir1(L,B/(fs/2);noise=randn(1,PulseNum*N)+1i*randn(1,PulseNum*N);noise=conv(ht,noise

13、);noise=noise(L+1:end);%噪聲SNR=10;E_noise=sum(abs(noise) 、人2);E=E_noise*(10A(SNR/10);Es=sum(abs(st1) 、A2);A=sqrt(E/Es);%信號(hào)幅度% %SNR=10*log10(AA2/var(noise)/2)% A=sqrt(10A(SNR/10)*(var(noise)/2);echo1=A*st1+noise;%單目標(biāo)回波echo2=echo1+4*A*st2;%雙目標(biāo)回波figure(2);subplot(211);plot(real(echo1);title( ' 單目標(biāo)回波

14、' );subplot(212);plot(real(echo2);title( ' 雙目標(biāo)回波' );%回波脈壓h=fliplr(s(1:round(T/Ts);%時(shí)域反轉(zhuǎn)m1=conv(h,echo1);m2=conv(h,echo2);m1=m1,0;%卷積后數(shù)據(jù)補(bǔ)位m2=m2,0;%卷積后數(shù)據(jù)補(bǔ)位tmy=linspace(0,(PulseNum+1)*T,N+PulseNum*N);m1_dB=20*log10(abs(m1)/max(abs(m1);m2_dB=20*log10(abs(m2)/max(abs(m2);figure(3);subplot(211

15、);plot(tmy,real(m1);title( ' 單目標(biāo)脈壓圖' );subplot(212);plot(tmy,real(m2);title( ' 雙目標(biāo)脈壓圖' );for i=1:(PulseNum+1)for k=1:Nmy1(i,k)=m1(i-1)*N+k);endendfor i=1:(PulseNum+1)for k=1:Nmy2(i,k)=m2(i-1)*N+k);endendtd=0:Ts:T-Ts;x=td*c/2;y=1:(PulseNum+1);X,Y=meshgrid(x,y);figure(4);subplot(211);m

16、esh(X,Y,real(my1);title( ' 單目標(biāo)的距離門(mén)重排' );subplot(212);mesh(X,Y,real(my2);title( ' 雙目標(biāo)的距離門(mén)重排' );%重排后進(jìn)行FFT( 不加窗 )Nfft=512;for i=1:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft);st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:Nst_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i),Nfft);st_fft2(1:Nfft,i)

17、=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endfsd=fm;%重排后對(duì)列進(jìn)行fft, 每個(gè)脈沖周期只取1 個(gè)點(diǎn)y=(-fsd/2:fsd/Nfft:(fsd/2-fsd/Nfft)*c/2/fc;X,Y=meshgrid(x,y);figure(5);subplot(211);mesh(X,Y,20*log10(st_fft1);title( ' 單目標(biāo)重排后的FFT( 不加窗 )' );xlabel( ' 距離 /m' );ylabel( ' 速度 m/s' );subplot(212);mesh(X,Y,20*log10(st

18、_fft2);title( ' 雙目標(biāo)重排后的FFT( 不加窗 )' );xlabel( ' 距離 /m' );ylabel( ' 速度 m/s' );D1=st_fft1(1:Nfft,round(2*R1/c/Ts);%重排后進(jìn)行FFT( 加窗 )w=hamming(PulseNum+1);for i=1:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i)、 *w,Nfft);st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:Nst_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i)、 *w,Nfft);st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endfigure(6);subplot(211);mesh(X,Y,20*log10(st_fft1);title( ' 單目標(biāo)重排后的FFT( 加窗 )' );xlabel( ' 距離 /m' );ylabel( ' 速度 m/s' );sub