随机信号上机作业1.docx
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随机信号上机作业1
随机信号分析上机作业
姓名:
***
学号:
*********
学院:
电光学院
指导老师:
***
一:
仿真伪相位编码连续波雷达的信号处理。
设码频为5MHz,伪码周期内码长为511,雷达载频为10GHz,输入噪声为高斯白噪声,视频输入信噪比为-15dB,相干积累总时宽不大于10ms,给出回波视频表达式,脉压和FFT后的表达式;仿真给出脉压和FFT后的输出图形;通过仿真说明各级处理的增益,与各级时宽和带宽的关系;仿真说明脉压时多卜勒敏感现象和多卜勒容限及其性能损失(脉压主旁比与多卜勒的曲线)
回波视频表达式:
脉压后的表达式:
FFT后的表达式:
仿真:
a)脉压后的输出图形(有噪声)
脉压增益为:
G1=511
与时宽带宽的关系:
脉压增益=时宽带宽积
b)FFT后的输出图形(有噪声)
FFT的增益为:
G2=N/2=97/2=48.5
脉压多普勒敏感现象
c)无多普勒时,脉压输出图形
d)小多普勒时,脉压输出图形
e)脉压长度为多普勒整周期时,脉压输出图形
由图可以看出:
无多普勒时,脉压比为511,小多普勒的时候,脉压比小于511,脉压长度为多普勒整周期时,脉压输出基本为0。
多普勒容限
f)脉压长度刚好为多普勒信号一个周期一半时,脉压输出图形
脉压长度刚好为多普勒信号一个周期一半时,脉压输出损失2.94db。
性能损失
改变多普勒频率,记录主旁瓣比,如表一所示:
表一
Fd/KHz
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
主旁瓣比/db
80
52
39
34
29
4
24
20
17
10
5
g)主旁瓣比与多普勒频率关系
附MATLAB程序:
clc;
clear;
fm=5e6;%码频
fs=30e6;
fc=10e9;%载频
t=10e-3;%相干积累总时宽
T=1/fm*511;%周期
N=97;%积累时间不大于10ms,N snr=-15;%信噪比 %----------------511位m序列产生---------------------% fbconnection=[000100001]; n=length(fbconnection); m=2^n-1; register=[101010101];%定义移位寄存器的初始状态 mseqmatrix (1)=register(n); fori=2: m newregister (1)=mod(sum(fbconnection.*register),2); forj=2: n newregister(j)=register(j-1); end register=newregister; mseqmatrix(i)=register(n); end m_511=2*mseqmatrix-1; %------------------0延时,0多普率的回波--------------------------% hb=repmat(m_511,1,N); hb=awgn(hb,snr,'measured'); hb1=hb; %------------------脉压————————————% pipei=fliplr(m_511); hbb1=conv(pipei,hb1); figure;plot(hbb1); %-----------------距离门重排------------------% forr=1: N forh=1: m s_hb1(h,r)=hbb1((r-1)*m+h); end end figure;mesh(1: N,1: 511,s_hb1); %%------------------------------------------------ forh=1: m r_fft(h,: )=abs(fft(s_hb1(h,: ))); end figure; mesh(1: N,1: 511,r_fft); %------------------------------------------------- %fora=1: 10 %fd=a*1e3; fd=5e6/511/4; i=1: 511*N; duopule=cos(2*pi*fd/fm*i); hb2=hb.*duopule; %------------------脉压————————————% pipei=fliplr(m_511); hbb2=conv(pipei,hb2); m_hb1=abs(hbb2); m_hb=abs(hbb2)/max(m_hb1); m_hb=10*log(m_hb); figure;plot(m_hb); %-----------------距离门重排------------------% forr=1: N forh=1: m s_hb2(h,r)=hbb2((r-1)*m+h); end end figure;mesh(1: N,1: 511,s_hb2); %------------------------------------------- forh=1: m r_fft2(h,: )=abs(fft(s_hb2(h,: ))); end figure; mesh(1: N,1: 511,r_fft2); %--------------------------------------------------- %end 二: 仿真线性调频连续波雷达的信号处理。 设线性调频带宽为5MHz,时宽为102.2us,雷达载频为10GHz,输入输出为高斯白噪声,视频输入信噪比为-15dB,相干积累总时宽不大于10ms,给出回波视频表达式,脉压和FFT后的表达式;仿真给出脉压和FFT后的输出图形;通过仿真说明各级处理的增益,与各级时宽和带宽的关系;仿真说明脉压时多卜勒敏感现象。 线性调频信号: LFM信号的数学表达式: 式中 为载波频率, 为矩形信号, 线性调频信号回波表达式 设输入信号为: sf=A*exp(j*2*pi*f0*t+j*pi*K*t.*t); 则回波信号为: SR=A*exp(j*2*pi*f0*(t-t_yc)+j*pi*K*(t-t_yc).*(t-t_yc)); 其中t_yc=2*(R+t*V)/C,R为发射机到目标的距离,C为光速。 图1: 发射信号的时域波形 图2: 上图为回波信号的时域波形 下图为回波信号FFT后的频域波形 由于相干积累的时宽不大于10ms,所以取20个时宽为T的线性调频脉冲做相干积累。 图3: 脉压后的时域波形 LFM信号的压缩前脉冲宽度T和压缩后的脉冲宽度 之比通常称为压缩比D, 上式表明,压缩比也就是LFM信号的时宽频宽积。 脉压时多卜勒敏感现象: 回波信号通过一个匹配滤波器就能对所有多普勒信号同时进行压缩,所以线性调频信号是多卜勒不敏感信号。 附: MATLAB程序 clc; clearall; closeall; %%%%%%%%%%%%%%参数设定%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% C=3e8; bw=5e6;%线性调频带宽 T=1.022e-4;%信号脉冲宽度 f0=10e9;%载波频率 A=1;%信号幅度 N=512;%采样点数 K=bw/T;%调频斜率 Ts=T/N;%采样间隔 Fs=1/Ts;%采样频率 SNR=-15; TT=2.044e-3;%相干积累总时间 Numpulse=TT/T;%脉冲数 R0=0; para=[10001500-15];%距离,速度,方位,信噪比 Num=1;%目标个数 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%回波信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% t_yc0=2*R0/C; Rec=zeros(Num,Numpulse*N); t=0: Ts: (N*Numpulse-1)*Ts; sf=A*exp(j*2*pi*f0*(mod(t,T)-t_yc0)+j*pi*K*(mod(t,T)-t_yc0).*(mod(t,T)-t_yc0));%产生线性调频信号 t_yc=2*(1000+t*150)/C; Rec=A*exp(j*2*pi*f0*(mod(t,T)-t_yc)+j*pi*K*(mod(t,T)-t_yc).*(mod(t,T)-t_yc)); SR=Rec*10^(SNR/20); figure (1) subplot(2,1,1); plot(t,sf);axis([02e-4-11]);xlabel('时间t/s');ylabel('幅度'); figure (2) subplot(2,1,1); plot(t,SR);axis([02.044e-4-0.20.2]);xlabel('时间t/s');ylabel('幅度'); S=(abs(fft(SR))); subplot(2,1,2); f=(1: length(S))/length(S)*Fs; plot(f,S/max(S));axis([05e601]);xlabel('频率f/Hz');ylabel('归一化幅度'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%回波信号脉压%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Srw=fft(SR); Sw=fft(sf); Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw))); figure(3) subplot(2,1,1); plot(t*C/2,Sot);axis([03e40140]);xlabel('距离');ylabel('幅度'); subplot(2,1,2); plot(t*C/2,Sot);xlabel('距离');ylabel('幅度'); 三: 假设有一个二坐标雷达对一平面上运动目标的进行观察,目标在t=0~400s沿y轴做恒速直线运动,运动速度为-15m/s,目标的起点为(2000m,10000m)雷达扫描周期为2s,x和y独立的进行观察,观察噪声的标准差均为100m。 试建立雷达对目标的跟踪算法,并进行仿真分析,给出仿真结果,画出目标真实轨迹,对目标的观察和滤波曲线。 仿真结果: 三种曲线比较显示: 附matlab程序: clc; clear; T=2;%雷达扫描周期 t=0: T: 400;%目标运动时间 %目标起点 x0=2000;y0=10000; %目标速度 vx=0; vy=-15; x=x0+vx.*t; y=y0+vy.*t; figure; plot(x,y);axis([1000,3000,3000,11000]);xlabel('x(单位: m)');ylabel('y(单位: m)');title('目标真实轨迹'); x_noise=x+normrnd(0,100,1,length(t)); y_noise=y+normrnd(0,100,1,length(t)); figure; plot(x_noise,y_noise);axis([1000,3000,3000,11000]);xlabel('x(单位: m)');ylabel('y(单位: m)');title('对目标的观察曲线'); A=[1T;01];%状态转移矩阵 C=1; K=0.2*(1.8-2*sqrt(0.8))/T; X=zeros(2,length(t)); Y=zeros(2,length(t)); Sx=zeros(2,length(t)); Sy=zeros(2,length(t)); %X fork=1: length(t) X(: k)=[x_noise(k);vx]; end Sx(: 1)=X(: 1); fork=2: length(t) Sx(: k)=A*Sx(: k-1)+K*(X(: k)-C*A*(A*Sx(: k-1))); end %Y fork=1: length(t) Y(: k)=[y_noise(k);vy]; end Sy(: 1)=Y(: 1); fork=2: length(t) Sy(: k)=A*Sy(: k-1)+K*(Y(: k)-C*A*(A*Sy(: k-1))); end x_k=zeros(1,length(t)); y_k=zeros(1,length(t)); fork=1: length(t) x_k(k)=Sx(1,k); y_k(k)=Sy(1,k); end figure; plot(x_k,y_k);axis([1000,3000,3000,11000]);xlabel('x(单位: m)');ylabel('单位: m)');title('滤波后的曲线'); figure; plot(x,y,': r',x_noise,y_noise,'--g',x_k,y_k,'-b');axis([1000,3000,3000,11000]);xlabel('x(单位: m)');ylabel('y(单位: m)');
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- 随机 信号 上机 作业
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