雷达技术实验报告样本Word下载.docx
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采样周期Ts=1/Fs;
采样点数N=T/Ts;
匹配滤波器h(t)=St*(-t)
时域卷积conv,频域相乘fft,t=linspace(T1,T2,N);
四、实验原理
1、匹配滤波器原理:
在输入为确知加白噪声状况下,所得输出信噪比最大线性滤波器就是匹配滤波器,设一线性滤波器输入信号为:
其中:
为确知信号,为均值为零平稳白噪声,其功率谱密度为。
设线性滤波器系统冲击响应为,其频率响应为,其输出响应:
输入信号能量:
输入、输出信号频谱函数:
输出噪声平均功率:
运用Schwarz不等式得:
上式取等号时,滤波器输出功率信噪比最大取等号条件:
当滤波器输入功率谱密度是白噪声时,MF系统函数为:
为常数1,为输入函数频谱复共轭,,也是滤波器传播函数。
为输入信号能量,白噪声功率谱为
只输入信号能量和白噪声功率谱密度关于。
白噪声条件下,匹配滤波器脉冲响应:
如果输入信号为实函数,则与匹配匹配滤波器脉冲响应为:
为滤波器相对放大量,普通。
匹配滤波器输出信号:
匹配滤波器输出波形是输入信号自有关函数倍,因而匹配滤波器可以当作是一种计算输入信号自有关函数有关器,普通=1。
2、线性调频信号(LFM)
LFM信号(也称Chirp信号)数学表达式为:
2.1
式中为载波频率,为矩形信号,
,是调频斜率,于是,信号瞬时频率为,如图1
图1典型chirp信号(a)up-chirp(K>
0)(b)down-chirp(K<
0)
将2.1式中up-chirp信号重写为:
2.2
当TB>
1时,LFM信号特性表达式如下:
2.3
对于一种抱负脉冲压缩系统,规定发射信号具备非线性相位谱,并使其包络接近矩形;
其中就是信号s(t)复包络。
由傅立叶变换性质,S(t)与s(t)具备相似幅频特性,只是中心频率不同而已。
因而,Matlab仿真时,只需考虑S(t)。
3、LFM信号脉冲压缩
窄脉冲具备宽频谱带宽,如果对宽脉冲进行频率、相位调制,它就可以具备和窄脉冲相似带宽,假设LFM信号脉冲宽度为T,由匹配滤波器压缩后,带宽就变为,且,这个过程就是脉冲压缩。
信号匹配滤波器时域脉冲响应为:
3.1
是使滤波器物理可实现所附加时延。
理论分析时,可令=0,重写3.1式,
将3.1式代入2.1式得:
图3LFM信号匹配滤波
如图3,通过系统得输出信号
当时,
(3.4)
(3.5)3.5
合并3.4和3.5两式:
3.6式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频信号,这是由于压缩网络频谱特性与发射信号频谱实现了“相位共轭匹配”,消除了色散;
当时,包络近似为辛克(sinc)函数。
图4匹配滤波输出信号
如图4,当时,为其第一零点坐标;
当时,,习惯上,将此时脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。
LFM信号压缩前脉冲宽度T和压缩后脉冲宽度之比普通称为压缩比D
压缩比也就是LFM信号时宽-带宽积。
s(t),h(t),so(t)均为复信号形式,Matab仿真时,只需考虑它们复包络S(t),H(t),So(t)。
五、实验成果
LFM信号时域波形和幅频特性
//实现LFM信号matlab代码
T=10e-6;
%脉冲脉宽10us
B=30e6;
%调频调制带宽30MHz
K=B/T;
%线性调频斜率
Fs=2*B;
Ts=1/Fs;
%采样频率和采样间隔
N=T/Ts;
t=linspace(-T/2,T/2,N);
St=exp(j*pi*K*t.^2);
%调频信号
subplot(211)
plot(t*1e6,real(St));
xlabel('
t/s'
);
title('
线性调频信号实部'
gridon;
axistight;
subplot(212)
freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);
plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));
f/Mhz'
线性调频信号频率谱'
线性调频信号匹配滤波
//实现匹配滤波器及放大matlab代码
Fs=10*B;
Ht=exp(-j*pi*K*t.^2);
%匹配滤波器
Sot=conv(St,Ht);
%匹配滤波器后线性调频信号
L=2*N-1;
t1=linspace(-T,T,L);
Z=abs(Sot);
Z=Z/max(Z);
%归一化
Z=20*log10(Z+1e-6);
Z1=abs(sinc(B.*t1));
%sinc函数
Z1=20*log10(Z1+1e-6);
t1=t1*B;
plot(t1,Z,t1,Z1,'
r.'
axis([-15,15,-50,inf]);
legend('
仿真'
'
sinc'
时间'
ylabel('
振幅,dB'
匹配滤波器后线性调频信号'
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),'
axis([-inf,inf,-50,inf]);
set(gca,'
Ytick'
[-13.4,-4,0],'
Xtick'
[-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3]);
匹配滤波器后线性调频信号()'
仿真成果
//matlab代码
functionLFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)
ifnargin==0
T=10e-6;
B=30e6;
Rmin=10000;
Rmax=15000;
R=[10500,11000,1,1,13000,13002];
%抱负点目的距离
RCS=[111111];
%雷达散射截面
end
%=========================================================
%%²
Î
Ê
ý
C=3e8;
%传播距离
Rwid=Rmax-Rmin;
%仪表接受窗口
Twid=2*Rwid/C;
%一秒接受窗口
Fs=5*B;
Nwid=ceil(Twid/Ts);
%接受窗口数
%==================================================================
%%Gneratetheecho
t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid);
%当t=2*Rmin/C打开窗口
%当t=2*Rmax/C关闭窗口
M=length(R);
%目的数
td=ones(M,1)*t-2*R'
/C*ones(1,Nwid);
Srt=RCS*(exp(j*pi*K*td.^2).*(abs(td)<
T/2));
%点目的雷达回波
%%用FFT和IFFT脉冲压缩雷达数字解决
Nchirp=ceil(T/Ts);
%脉冲持续时间
Nfft=2^nextpow2(Nwid+Nwid-1);
%计算线性数目
%运用FFT算法卷积
Srw=fft(Srt,Nfft);
%FFT雷达回波
t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp);
St=exp(j*pi*K*t0.^2);
%FFT雷达回波
Sw=fft(St,Nfft);
%fft线性调频斜率
Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw)));
%信号通过脉冲
压缩
N0=Nfft/2-Nchirp/2;
Z=abs(Sot(N0:
N0+Nwid-1));
Z=Z/max(Z);
%figure
plot(t*1e6,real(Srt));
振幅'
)
原始回波信号'
plot(t*C/2,Z)
axis([10000,15000,-60,0]);
距离'
振幅,dB'
距离压缩后信号'
六、实验心得
通过这次实验经历加深了我对雷达技术中线性调频脉冲理解,通过查找资料和同窗交流探讨,学习到了匹配滤波器工作原理、特性特点以及LFM信号形式。
最后在对LFM信号进行matlab仿真过程中,明确了脉冲压缩技术不但可以减少对雷达发射机峰值功率规定,也能解决雷达作用距离和距离辨别力之间矛盾;
在对低截获概率雷达信号解决中将有辽阔应用前景。
在本次实验过程中,我不但对雷达技术课程内容有了更全面理解,同步也熟悉和运用了matlab中诸多函数。
实验中用到诸多通信原理、信号分析有关知识,对学过知识有了更加深刻理解。
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