雷達信號matlab仿真

1、雷達信號matlab仿真1.最大不模糊距離:距離分辨率:2.天線有效面積:半功率波束寬度:雷達系統(tǒng)分析大作作者：陳雪娣學號:Ru,max畀 125kmr 上 150m2BmAe42G20.0716m2G3db46.403.模糊函數的一般表示式為對于線性調頻信號則有:;fdTP分別令0,0410420727;fdej2 fd dtRectRect Tpsinfd 0可得0; fdej t20； fdsinfdTpfdTp pTPRectTPTP 1fd Tp;0j t2 je e2tTp出HTp1tPsin1 TpTp 1 p T;0橫糊的數1O.B1av!r - 1 ,L, 1- F -Ii1

2、V1ip一一 4 工* = J in11i ;:-2 1- Vi:i1f1 - 1 I 1 11 11II!*14gn:;44iiit91i|之,一 w w 1a.i卜.一r. 一-11V。1P1IP r n r n r 11 n11i1|ip1l!1111tI|iP1l!1I 1 1 I 11 1 11 I 1 I4!lI1II411*1VIIan111 441Iaii11il11-60-60-40-2CDelay - jis4.程序代碼見附錄1的T_4.m,仿真結果如下:4060301 口口加團F心沖壓爆輸出1 n1hr1 I1 l! 1h iR1! LL：_._FF , ki : IL

3、1i I.F:+;|i：(Vi,；.r；J.他L“jiV v111ilijuLl.L-,一.T 11W .: T 1 tilI1 inlUI 13 -1 X a d俚V1/-1 UM .2p_-_,_iFj加-.-I)1 *! V 研 r 1rli*1h Li Mf ,- 1 ,= ,II,!,4 :一繪I1 ：A未加窗加窗脈沖壓縮輸出對比-ID通過比較得知，加窗后的主副瓣比變大，副瓣降低到 加了，約為未加窗時的1.5倍，主瓣也有一定的損失。 5.由雷達方程40db以下，但主瓣的寬度SNRRG2 2 Te(4 )3KT0LFR4計算可得SNR 196.55 40logR db作圖輸出結果如下，

4、程序代碼見附錄 1的T_5.m200011 11i1,111!1!u17 i一SMR與距離的天系102 0304050 GO 70距離-ktn60Go4020在R=70km時，計算得單個脈沖的 SNR=2.7497 db,要達到要求的檢測性能則需要12.5dB的最小檢測輸入信噪比，而 M個相參脈沖積累可以將信噪比提高 M倍，故Do(1)SNR=9.4413因此要達到要求就需要10個以上的相參脈沖進行積累。可求得可積累脈沖數為:Nfr 256a其中，a為天線的搜索速度等于30o/s. fr是重復頻率為1200hZ.故滿足要求.6.設t時刻彈艦徑向與目標航向的夾角為 a（t），目標偏離彈軸方向的夾

5、角為（t）,在t=0 時，（o）由幾何關系知，31o,(0)1o.OMMPRsinRo cos經t秒后，MPMPOM OMVst Vat cos s aVat sin a(t)arctanOM M P(t)(t)R(t)OM OMVat sin sin(t)sin (t)Vd Va cos又因為(t)Vs coss(t)cos (t)cos(t)故 Vd Va cos2cos,3(t)cossin(t)sincos (t) 21(t) sin (t)1 sin2Vs cos(t)(t)fdVd、，、，、1 .,、Va Vs cos (t) -sin (t)2Vd231 .”、-Va Vs CO

6、s (t) sin (t)22多普利用以上的關系式即可計算出第i個重復周期彈目間的距離 R(t)和回波信號的勒頻率fd (t).仿真程序代碼見附錄1的T_6.m.實驗結果如下:t附刻塞普勒頓移4 59394.50034.53974.53904.53954 58964 5B9101時刻彈艦距雷4 5895 0時間由仿真結果可知，fd(t)的變化不大，這表明相對速度的變化不大，同時可求得Vd 688m / s.7. (1)相干積累：由于相對速度的變化不大，所以在仿真時取定值 Vd 688m/s仿真程序代碼見附錄1的T_7_1.m.實驗結果如下：200Ii4iiliI1 nnIUU1!nJ11i-n

7、u1.inn 1 UILJ-laUnnniii-jlUU30405060700 090100玉百 豆n 口H-td等高建距離km相干積累前后的信噪比情況如下圖所示:干積累后輸出的信噪比約30db,與預期效果相符(2)非相干積累：雙極點濾波器的時域框圖如下：由此可的它的頻域響應:k2 exp 2 d / , 1其中k1 2exp d / 12 cos( d )k2 exp 2 d / . 12式中： 0.63, N d 2.2, N是半功率波束寬度仿真程序代碼見附錄7 2.m.實驗結果如下:羊相干根生甘的豬耳距離km非相干積累前后的信噪比情況如下圖所示:由仿真結果知，積累前匹配濾波器的信噪比為約

8、12dB。非相干積累后輸出的信噪比約20db。將非相干的結果與相干積累的效果進行比較，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：% T3.m %clear all clcclftaup=1;b=10;up_down=-1;脈沖寬度100us帶寬%up_down=-1x=lfm_ambg(taup,b,up_down); % taux=-1.1*taup:.01:1.1*taup; fdy=-b:.01:b;figure(1) mesh(100*taux,fdy./10,x) % xlabel(Delay - mus) ylabel(Doppler - MHz) zlabe

9、l(| chi ( tau,fd) |) title(模糊函數)figure(2)contour(100.*taux,fdy./10,x) % xlabel(Delay - mus) ylabel(Doppler - MHz) title( 模糊函數等高線) grid onN_fd_0=(length(fdy)+1)/2; % fd=0 x_tau=x(N_fd_0,:);%figure(3) plot(100*taux,x_tau) axis(-110 110 0 1) xlabel(Delay - mus) ylabel(| chi ( tau,0) |) title(時間模糊函數)gri

10、d on正斜率，up_down=1負斜率計算模糊函數畫模糊函數畫等高線的位置時間模糊函數N_tau_0=(length(taux)+1)/2; % tau=0 x_fd=x(:,N_tau_0);figure(4)plot(fdy./10,x_fd)的位置速度模糊函數xlabel(Doppler - MHz) ylabel(| chi ( 0,fd) |) title(速度模糊函數)grid on x_db=20*log10(x+eps);取6db點的位置I,J=find(abs(x_db+6)0.09); %DopplerJ=(J-1.1*taup/.01)/(1/.01);%figure(

11、5) plot(J*100,I/10,.) axis(-110 110 -1 1) xlabel(Delay - mus) ylabel(Doppler - MHz)%6db維坐標變換 時間維坐標變換的等高線title( grid on %function % taup % b模糊函數6db的等高線)巾見；模糊函數-x=lfm_ambg(taup,b,up_down)脈沖完度；一%up_down=-1 正斜率，up_down=1 負斜率eps=0.0000001;i=0;mu=up_down*b/2./taup;for tau=-1.1*taup:.01:1.1*taupi=i+1;j=0;f

12、or 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%/%頻域處理方法進行脈沖壓縮%clear allclcclfeps = 1e-10;Te=100e-6;% 脈沖帶寬Bm=1e6;% 調頻mu=Bm/Te; % 調頻斜率Ts=1/(2*Bm);% 采樣周期Ns=fix(Te/Ts); %采樣點數Nf=1024;% fft點數t=0:Ts:

13、Te-Ts;y=exp(j*pi*mu*t.A2); %脈沖壓縮前的線形調頻信號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ycomp =abs(ifft(yfft *hfft); %脈沖壓縮maxval = max (ycomp);ycomp = eps + ycomp ./ maxval; %利用最大值歸一化ycomp_db=20*log10(ycomp); % 取對數% %win = hamming(Ns),;h_w=h.*win; % 加窗hfft

14、_w=fft(h_w,Nf); %加窗的匹配濾波器的頻域響應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_wB最大值歸一化 ycomp_w_db=20*log10(ycomp_w); % 取對數 ycomp_w1_db=20*log10(ycomp_w1); % 取對數 %tt =0:Ts:2*Te-Ts

15、;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*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:

16、2*Ns),r) axis(.7*Te 1.3*Te -60 0) xlabel (t - seconds );ylabel( db)legend(未加窗,加窗)；title(脈沖壓縮輸出對比)grid on%第5題：% T_5.m%WNW勺關系 %clear allclceps=1e-10;c = 3.0e+8; % speed of lightlambda =0.03; % 波長pt=20;%峰值功率lambda=0.03; % 波長tao=100e-6;G_db=30; sigma=1000; k=1.38e-23;% 發(fā)射脈沖寬度天線增益in dbTo=290F_db=2 Ldb=5%

17、RCS% Boltzmans constant%標準室溫%噪聲系數in db系統(tǒng)損失in dbR=70e3:-100:0; % 距離val=10*log10(pt*tao*lambdaA2*sigma)/(4*pi)A3*k*To)+ 2*G_db-F_db-L_db;SNR=val-40*log10(R);figure(1)plot(R./1e3,SNR)title(SNR與距離的關系,)xlabel(距離-km) ylabel(SNR - db) grid onSNR1=val-40*log10(70e3)% 計算 R=70km寸的 SNR % 第6題： % T_6.m clear all

18、 clc lembda=0.03; % 波長 fr=1200;% 重復頻率tra=180/pi; % 度到弧度的轉化量時彈艦徑向與目標航向的夾角 導彈運動方向與目標航向的夾角 時的彈艦距離艦船速度導彈速度alpha=31/tra; %t=0alpha_p=30/tra;% Ro=70e3;% t=0Vs=10;%Va=680;%時彈艦垂直距離時彈艦垂直距離OM=Ro*sin(alpha); % t=0MP=Ro*cos(alpha); % t=0 % t=0:1/fr:10;OM_t=OM-0.5*Va.*t; % t 時刻 彈艦垂直距離MP_t=MP-Vs.*t-sqrt(3)*Va.*t/

19、2;% t 時刻彈艦垂直距離 alpha_t=atan(OM_t./MP_t); %t 時刻彈艦徑向與目標航向的夾角 R_t=OM_t./sin(alpha_t); %t時刻彈艦距離% t時亥立單艦徑向速度 vd_t=(sqrt(3)/2*Va+Vs).*cos(alpha_t)+0.5*Va.*sin(alpha_t);fd_t=2*vd_t/lembda; %t時刻多普勒頻移% figure(1)plot(t,R_t)title (t 時刻彈艦距離,)xlabel(時間-s)ylabel(, 彈艦距離-m,)figure(2)plot(t,fd_t)title(t時刻多普勒頻移,)xlab

20、el(時間-s)ylabel(,多普勒頻移-hz,)% 第7題：%T_7_1.m% M不積累 clear all clc clfc=3e8;% speed of lightTe=100e-6; %發(fā)射脈沖寬度Be=1e6;% 帶寬mu=Be/Te; % 調頻斜率Ts=1/(2*Be);%采樣頻率Ro=70e3;%起始距離fo=c/0.03;%中心頻率Vr=688;% 徑向速度 t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.A2);Wf=fft(W,1024);%nnn=fix(Ro-30e3)/75);%采樣的起始位置，從30km開始采樣R=0:75:15e3-75; % 在30k

21、m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=10A0.225*0.707*(randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1);for i=1:64 % 回波信號echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199)+.exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).A2); end for i=1:64%脈沖壓縮sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:

22、),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)title(,相干積累輸出)axis(1 1024 -30 0)%結果

23、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(相干積累輸出結果,)figure(2)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/32)/1e3;figure(3)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(ech

24、o)xlabel(距離 km) ylabel(Doppler - kHz) title(相干積累前的結果)% T_7_2.m%非。不積累clcclear allc=3e8;% speed of lightTe=100e-6; %發(fā)射脈沖寬度Be=1e6;% 帶寬mu=Be/Te; % 調頻斜率Ts=1/(2*Be);%采樣頻率Ro=70e3;%起始距離fo=c/0.03;%中心頻率Vr=688;% 徑向速度fr=1200;%重復頻率t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.A2);Wf=fft(W,1024);% 雙極點濾波器-%sheta_3_db=6.4; %半功率波束寬度

25、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-xiA2)*cos(wd_tao);k2=exp(-2*xi*wd_tao/sqrt(1-xiA2);NN=64;w=-pi:pi/NN:pi-pi/NN;j=sqrt(-1);H=exp(-j.*w)./(1-k1*exp(-j*w)+k2*exp(-2*j.*w);h=ifft(H,64);% 信號處理%nnn=fix(Ro-30e3)/75);% 采樣的起始位置,從30km開始采樣 R=0:75:15e3-75; % 在30km和4

26、5km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=10A0.275*0.707*randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1);for i=1:64%回波信號，加隨機相位模擬非相干信號echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199).+exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).A2 . +j*2*pi*rand*ones(1,200);endfor i=1:64

27、% 脈沖壓縮sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),1024);endfor i=1:1024 % 用雙極點濾波器進行非相干積累isct(:,i)=conv(sp2(:,i),h),;endfor k=1:1024sct(:,k)=abs(fftshift(fft(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

28、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)%覦%結果輸出r=(1:1024)*75+30e3)./1e3;dp=(-128:127)*(Be/128)./1e3;figure(3) mesh(r,dp,sct) xlabel(距離 km)ylabel(Doppler - kHz)title(非相干積累輸出結果)figure(4)contour(r,dp,sct)axis(30 100 -200 200)xlabel(距離 km)ylabel(D

29、oppler - kHz)title(R-fd 等高線)grid ondp=(-32:31)*(Be/32)/1e3;figure(5)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(echo)xlabel(距離 km)ylabel(Doppler - kHz)title(非相干積累前的結果)%-%二翻譯11.2比幅單脈沖比幅單脈沖跟蹤類似于對于圓形區(qū)域而言需要四個斜的波束來測量目標 的角度位置。區(qū)別就是這四個波束是同時產生而不是相繼產生的。因為這個 目的，一種特殊的天線饋電正是利用一個單獨的脈沖產生四個波束原理，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

30、柱形的 近點角的影響，比如調幅干擾和獲得的倒置的電子對抗措施。最后，連續(xù)并 且圓錐形變化的雷達回波降低了跟蹤的精度；盡管如此，自從一個單獨的脈 沖被用來產生錯誤信號后者對單脈沖技術已經不是一個問題。單脈沖跟蹤雷 達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四個波束描繪出四個圓錐形掃描波束的位置。這四個方向，大體上呈喇叭狀，用來產生單脈 沖天線的模式。振幅單脈沖處理器要求這四個信號有相同的相位但卻有不同的幅度。AI)uB圖11.7單脈沖天線模型一個解釋振幅單脈沖技術的好方法就是用天線軸線的圓形中心來表示目標回波信號，正如圖11.8a所示，在圖

31、中四個象限表示四個波束。在這種情下，這四個喇叭接受相等的能量，這就顯示目標位于天線跟蹤的軸線上。然而，當目標不在軸線上時（圖 11.8b-d）,各喇叭中的能量就會不平衡。這不平衡的能量用來產生差信號來驅動伺服控制系統(tǒng)。單脈沖處理包括計算天線模型的一個加 兩個不同的差（方位角和仰角）然后除去差信道的電1核信道的電壓，信號的角度就可以確定了。圖11.8用圖形解釋單脈沖的概念（a）目標在軸線上（b-d）目標不在軸線上雷達通過不斷比較返回波束的幅度和相位來判斷目標對軸線的位移。四個信號的相位相位在傳輸和接受模式都是連續(xù)的，這是關鍵性的。因此，任何數字電路或是微波比較電路都可以利用。圖11.9顯示了一個

32、典型的微波比較儀的方框圖，圖中三個接收通道分別被稱為加通道，仰角差通道和方位角圖11.9單脈沖比較器 為了產生仰角差波束，我們可以用波束差(A-D)或(B-C)。然而,通過先形成和的形式(A+B)和(D+C)然后計算(A+B) -(D+C)的差，我們獲得個更強的仰角差信號，el。同樣，通過首先形成和的形式(A+B)和(D+C也，也產生了。 az后計算(A+B)-(D+C)的差，一個更強的方位角差信號,一個簡單的單脈沖雷達的結構方框圖如圖11.10.所示。加通道被用作發(fā)射和接收。在接收機中加通道為其他兩個不同的通道提供相位參考。加通道還 可以用來測距。為了說闡明加通道和差通道的天線模型是如何形成

33、的，我們 將會假設一個sin /為天線的單獨的一部分和斜角。歸一化的加信號(方位角或仰角)如下所示()sin( ) sin( 。)00(11.7)圖11.10簡單比幅單脈沖雷達框圖而歸一化的差信號為()sin(0)sin( 0)00MATLAB 函數 “ mono_pulse.m函數 mono_pulse.m”的功能是實現等式 .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。函數形式為:mono_pulse(phi0)其中phi0為斜角，單位是弧度。% phi0為跟蹤軸偏離波束軸的偏角%計算和模式天線方向圖%計算差模式天線方向圖MATALB 函數 mono_pulse.m

34、 程序如下：function mono_pulse(phi0)eps = 0.0000001;angle = -pi:0.01:pi;y1 = sinc(angle + phi0);y2 = sinc(angle - phi0);ysum = y1 + y2;ydif = -y1 + y2;plot (angle,y1,b,angle,y2,r);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (斜視模式)plot(angle,ysum,k);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (和模式) plot (angle,ydif,k);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (差模式)angle = -p