随机信号处理MATLAB仿真报告.docx
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随机信号处理MATLAB仿真报告.docx
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随机信号处理MATLAB仿真报告
随机信号处理仿真报告
学院:
电光学院
姓名:
赖佳彬
学号:
116104000585
指导教师:
顾红
Question:
仿真多普勒雷达信号处理
设脉冲宽度为各学生学号末两位,单位为us,重复周期为200us,雷达载频为10GHz,输入噪声为高斯白噪声。
目标回波输入信噪比可变(-35dB~10dB),目标速度可变(0~1000m/s),目标距离可变(0~10000m),相干积累总时宽不大于10ms。
程序要参数化可设。
(1)仿真矩形脉冲信号自相关函数;
(2)单目标时:
给出回波视频表达式;脉压与FFT后的表达式;
给出雷达脉压后与MTD(FFT加窗与不加窗)后的输出图形,说明FFT加窗抑制频谱泄露效果;
通过仿真说明脉压输出与FFT输出的SNR、时宽与带宽,就是否与理论分析吻合;
仿真说明脉压时多卜勒敏感现象与多卜勒容限及其性能损失(脉压主旁比与多卜勒的曲线)。
(3)双目标时:
仿真出大目标旁瓣掩盖小目标的情况;
仿真出距离分辨与速度分辨的情况。
1、矩形脉冲自相关函数
自相关函数:
2、混频后的信号
回波视频表达式:
混频后的信号:
时延:
将原始信号循环移位,移位的长度为
再乘以多普勒频移
并加上高斯白噪声,形成回波信号。
3、回波信号脉压
接收到的宽脉冲输入到匹配滤波器,经过处理后,宽输入脉冲被压缩为非常窄的脉冲。
对发射波形的宽带调制与随后的匹配滤波接收实现了脉冲压缩处理。
假定雷达目标回波信号为
接收机传递函数为
。
如果接收机与接收到的信号匹配,那么接收机的传递函数将就是与输入端接收信号的复共轭,即:
那么
。
频域中函数的复共轭等于时域中对应信号的反转,所以:
将原始信号的单个周期取反后与混频后的回波信号进行卷积,即作匹配滤波,从而实现脉压。
4、距离门重排、FFT
FFT后的表达式:
图4、1
图4、2X轴视图
图4、3重排后FFT
图4、4重排后FFT的速度视图(不加窗)
加窗后旁瓣减小,对旁瓣有良好的抑制效果!
图4、5重排后FFT的速度视图(加窗)
图4,6重排后FFT的距离视图
5、脉压与FFT输出的SNR增益,时宽与带宽
(1)脉压输出的SNR增益,时宽与带宽
脉压信号增益=脉压的时宽压缩比=脉压的带宽压缩比=脉压信号时宽带宽积=10*log[0、000085/(0、001864-0、001802)]=10*log(1、37)=1、37dB
脉压后时宽62us,带宽16、13kHz
(2)FFT输出的SNR增益:
理论值=10log40=16、02dB!
从图中可以读出FFT后的总信噪比增益为77、84-52、57=25、27dB,则
FFT级增益=25、27-10=15、27,与理论值相符合
6、距离分辨率与速度分辨率
1、距离分辨率
距离分辨率:
当R1=10000m,R2=20000m时,分不清两个目标
当R1=10000m,R2=25000m时,能分清两个目标
(距离模糊:
)
2、速度分辨率
速度分辨率:
(1/fd) 当速度A1=A,v1=10m/s;A1=4*A,v2=20m/s时,可辨别两不同速度目标 当速度A1=A,v1=18m/s;A1=8*A,v2=20m/s时,大目标速度掩盖小目标速度 (速度模糊: vmax=37、5m/s) 7、多卜勒敏感现象、多卜勒容限 当多普勒频率发生变化(目标速度发生变化)时,得到的主瓣峰值下降,但就是,并不就是无限下降,存在最小值,这就就是多普勒敏感现象与多普勒容限。 附录: MATLAB源代码 %脉冲多普勒雷达信号处理 %脉冲宽度: 85us;重复周期: 200us;载频: 10GHz;输入噪声: 高斯白噪声 %目标回波输入信噪比: -35~10dB;目标速度: 0~1000m/s;目标距离: 0~10000m %相干累计总时宽: 不大于10ms clearall; closeall; clc; c=3e8; fc=10e9;%载频 fs=3e6;%采样率 Ts=1/fs;%采样间隔 T=2e-4;%脉冲重复周期 fm=1/T;%脉冲重复频率 PW=85e-6;%脉冲宽度 B=1/PW; D=100*PW/T;%占空比 N=round(T/Ts);%单周期内采样点数 PulseNum=40;%脉冲数目,相干累积时间不超过10ms(PulseNum<50) Tr=PulseNum*T;%信号总长度 t=0: Ts: (Tr-Ts); s=(square(2*pi*fm*t,D)+1)/2;%脉冲视频信号 figure (1); subplot(211) plot(t,s); xlabel('时间/s'); ylabel('幅度'); title('脉冲视频信号'); axis([0,Tr,-1,1、5]); [r,lags]=xcorr(s,s(1: round(T/Ts))); subplot(212) plot(lags,r) axis([0,2、4*10^4,-100,350]); xlabel('区间'); title('矩形脉冲信号自相关函数'); %%回波信号 v1=10;R1=5000;%目标1 v2=20;R2=10000;%目标2 fd1=2*v1*fc/c;%回波1多普勒频移 fd2=2*v2*fc/c;%回波2多普勒频移 Rc=c*PW/2;%距离分辨率理论值 Vf=c/(2*fc*T*PulseNum);%速度分辨率理论值(1/fd) delay_num1=round((2*R1/c)/Ts);%回波1的时延 delay_num2=round((2*R2/c)/Ts);%回波2的时延 st1=circshift(s,[0,delay_num1]); st2=circshift(s,[0,delay_num2]); st1=st1、*exp(1i*2*pi*fd1*t);%加入多普勒频移1 st2=st2、*exp(1i*2*pi*fd2*t);%加入多普勒频移2 L=100; ht=fir1(L,B/(fs/2)); noise=randn(1,PulseNum*N)+1i*randn(1,PulseNum*N); noise=conv(ht,noise); noise=noise(L+1: end);%噪声 SNR=10; E_noise=sum(abs(noise)、^2); E=E_noise*(10^(SNR/10)); Es=sum(abs(st1)、^2); A=sqrt(E/Es);%信号幅度 %%SNR=10*log10(A^2/var(noise)/2) %A=sqrt(10^(SNR/10)*(var(noise)/2)); echo1=A*st1+noise;%单目标回波 echo2=echo1+4*A*st2;%双目标回波 figure (2); subplot(211); plot(real(echo1)); title('单目标回波'); subplot(212); plot(real(echo2)); title('双目标回波'); %%回波脉压 h=fliplr(s(1: round(T/Ts)));%时域反转 m1=conv(h,echo1); m2=conv(h,echo2); m1=[m1,0];%卷积后数据补位 m2=[m2,0];%卷积后数据补位 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); plot(tmy,real(m1)); title('单目标脉压图'); subplot(212); plot(tmy,real(m2)); title('双目标脉压图'); fori=1: (PulseNum+1) fork=1: N my1(i,k)=m1((i-1)*N+k); end end fori=1: (PulseNum+1) fork=1: N my2(i,k)=m2((i-1)*N+k); end end td=0: Ts: T-Ts; x=td*c/2; y=1: (PulseNum+1); [X,Y]=meshgrid(x,y); figure(4); subplot(211); mesh(X,Y,real(my1)); title('单目标的距离门重排'); subplot(212); mesh(X,Y,real(my2)); title('双目标的距离门重排'); %%重排后进行FFT(不加窗) Nfft=512; fori=1: N st_fft1(1: Nfft,i)=abs(fft(my1(: i),Nfft)); st_fft1(1: Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1: Nfft,i)); end fori=1: N st_fft2(1: Nfft,i)=abs(fft(my2(: i),Nfft)); st_fft2(1: Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1: Nfft,i)); end fsd=fm;%重排后对列进行fft,每个脉冲周期只取1个点 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('单目标重排后的FFT(不加窗)'); xlabel('距离/m'); ylabel('速度m/s'); subplot(212); mesh(X,Y,20*log10(st_fft2)); title('双目标重排后的FFT(不加窗)'); xlabel('距离/m'); ylabel('速度m/s'); D1=st_fft1(1: Nfft,round(2*R1/c/Ts)); %%重排后进行FFT(加窗) w=hamming(PulseNum+1); fori=1: N st_fft1(1: Nfft,i)=abs(fft(my1(: i)、*w,Nfft)); st_fft1(1: Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1: Nfft,i)); end fori=1: N st_fft2(1: Nfft,i)=abs(fft(my2(: i)、*w,Nfft)); st_fft2(1: Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1: Nfft,i)); end figure(6); subplot(211); mesh(X,Y,20*log10(st_fft1)); title('单目标重排后的FFT(加窗)'); xlabel('距离/m'); ylabel('速度m/s'); subplot(212); mesh(X,Y,20*log10(st_fft2)); title('双目标重排后的FFT(加窗)'); xlabel('距离/
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