哈工大无线定位原理与技术实验报告

1、i无线电定位原理与技术实验报告课程名称：无线电定位原理与应用院系：电子工程系班级：13052031305203姓名：黄晓明、大头光学号：指导教师：张云实验时间：1212周周二，1313周周二实验成绩:电信学院2=F2Rc实验一调频法测距实验2.1实验要求1掌握调频法测距原理2利用给定的仿真信号通过 MATLAB编程计算线性调频信号的参数（带宽，中心频率, 时宽，调频斜率）并计算目标的距离。反射回波相对于发射的线性调频信号产生了固定时延或固定频差F。假设目标处于静止状态，总的频偏.：F为根据该式可以反推出距离 R。图1线性调频信号与反射回波时域图2.2线性调频脉冲测距实验雷达发射的连续线性调频信

2、号与目标反射回波如图2-2所示图2-1线性调频信号与反射回波G 伽 12 一 歹 z3砂teK丄田 一口冏一QO03蒲燉/Hz02020 01L1L幅度归一化幅度x岂OOLMOO00S/H 村5根据公式cAFR(2.2)2a解得R=750m,与5us延迟一致。积化和差公式：1COSJCOScos(二 5 ) cosC - - )(2.3)26实验二连续波雷达测速实验3.1实验要求1.掌握雷达测速原理。2.了解连续波雷达测速实验仪器原理及使用。3.采集运动物体回波数据，并在 PC机使用Matlab对实验数据进行分析4.使用Matlab对实验数据进行分析，得到回波多普勒频率和目标速度。3.2雷达测

3、速原理2vf I 2v lf0 （如果 V c c）c+v V c 丿3.2连续波雷达测速实验仪器图3-2连续波雷达测速实验仪器原理框图rndur-uicsdie-Lit图3-1多普勒效应7图3-3连续波雷达内部原理图图3-4测速雷达与采集板3.3 I Q正交双通道图3-5 IQ正交双通道处理8积化和差公式如下：1cos： sinsin(xT；)-sin(卅 I；)2(3.1)cos： coscos(很亠) cos(：-)2所以信号格式sig nal = sig nal(l) j sig nal(Q)(3.2)I路信号相位领先Q路信号n /2测速雷达给出的数据为混频后的多普勒频率I, Q双通道

4、数据。利用复信号傅里叶变换可以得到单边的频谱。并通过多普勒频率的计算公式逆推出物体的运 动速度。3.4实验过程1采集了一组数据，采样频率为2048Hz。2从数据中选取波形较好的512点，做出时域波形与频谱，并求出目标速度 其中，雷达发射波频率为24.15GHz。信号采集界面如下:图3-6雷达数据采集界面选取一段回波进行matlab数据分析:9Figure 2口图1Figure 1图21011-5005001000-1500-100001500File Ed it View Insert Tools Desktop Window Help口Figure 3X图3 a Hl fe0 噩达测速数據处

5、理结果1 1 9 9 COCO 7 7 G G E.4 o o QoQo. .Q Q &O.&O.3 2 1 Qo.pQo.p*1000*50005001000频率150012133.5实验代码a=importdata( HXM.txt );l=a(1:512,1);Q=a(1:512,2);figure(1);plot(0:1/2048:511/2048,l);title(I 路信号);xlabel(时间 /s);ylabel(幅度);figure(2);plot(0:1/2048:511/2048,Q);title(Q 路信号);xlabel(时间 /s);ylabel(幅度);S=I-j

6、*Q;b=fft(S);b(1)=0;c=abs(fftshift(b);value,positi on=max(c)d=c/value;figure(3);plot(-1024:2048/512:1024-4,d);title(雷达测速数据处理结果);xlabel( 频率/Hz);ylabel(归一化幅度)；f=-52lan=3*10A8/(24.15*10A9)v=f*la n/23.5实验结果%分别从a中取岀第一列和第二列数据%采样频率为2048Hz,取512个点%由此确定横轴坐标以及间隔%因为存在直流分量，所以要将零频处的%值置零%进行归一化%由归一化幅度图中得到多普勒频率，利%用公式

7、求解速度，速度为负说明采用%的数据段是手离开雷达时测得的数据雷达载波波长：lan 二C.0124多普勒频率：-52速度：-0. 32301415利用雷达测得的数据共有两列， 一列作为 I 路数据， 见图 2，一列作为Q路数据，见图1。对这两列数据表示成的复信号做傅里叶变换， 所得的结果在零频处有一个冲激，如图 3。因为信号的均值不为零， 存在直流分量。因此要去掉直流分量， 令信号的频谱在该处为零即可。 然后进行归一化，得到归一化幅度图，见图 4。利用光标取得多普勒 频率为-52Hz,由相关公式求解得到速度为0.3230m/s,负号代表测速 时手正在离开雷达。16s (t)二 Arect()co

8、s( s(t -tr)实验三线调频信号及匹配滤波仿真实验3.1实验要求自己设计系统函数对给定的信号进行匹配滤波信号频率：0-10Mhz；信号时长：10us采样率：40Mhz复线性调频信号格式：exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2);k为调频斜率f0为起始频率。a根据上文给定的信号参数自行构造和系统响应函数b.画出参考函数频谱。c画出匹配滤波后时域图像，分析脉冲位置与系统函数tO的关系d.标出时域图像的主旁瓣比。3.1.1实验原理线调频信号谱分析线调频(LFM )信号时域表达式：tkt2s(t)二 Arect( )cos( yt)式中：rect()是矩形函数，k是调频斜率，并

9、且与调制频偏 f 的关系是:T匸-2】ifk =T TT为时域波形宽度，简称时宽；B =2f为调频范围。简称频宽D二BT为时宽带宽积，是线性调频信号一个很重要的参数。LFM信号的频谱近似为：近似程度取决于时宽带宽积D，D越大，近似程度越高，即频谱越接近于矩形线调频信号匹配滤波雷达发射LFM脉冲信号，固定目标的回波时域表示:2k(t7r)2对应的匹配滤波器的传输函数近似(大时宽带宽积下)为:others17H ( J =exp j蔦2kJT18匹配滤波器输出: = S( JH ( )exp( j 鮎)A coo0 -co -2代入相关参数，心:=2二 B,k =2二 B.T, 0 =2 二 fo

10、匹配滤波器时域输出：1垃So(t)So( )ld 2H D_ A、Dsin二 B(t -td) ei2二f(t_td)二 B(t-td)时宽带宽积：D二BT匹配滤波器的包络输出如下图 4-3所示，所示，通常规定顶点下降到-4dB1T处的宽度为输出脉冲的脉宽To，并且有T。二一，所以脉冲压缩比：一=BT =DBTo3.1.2实验过程根据实验原理编写频域系统函数，导入参考信号并进行离散傅里叶变换，利用时域卷积定理将频域信号与系统函数相乘在进行傅里叶逆变换，从而得到匹配滤波之后的时域信号。代码如下：f1=load(C:UsersLe no voDesktopEXPERIMENT_3_DATA.txt

11、); f11=f1(:,1);f12=f1(:,2);f=f11+j*f12;B=10000000;T=0.00001;k=B/T;fs=4OOOOOOO;N=fs*T;f0=0;n=0:N-1;t=n/fs;h=exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2);H=abs(fftshift(fft(h);F=abs(fftshift(fft(f);F=F.;G=F.*Hfigure(1);plot (n *fs/N,G);title(输出信号频谱);figure(2);g=abs(ifftshift(ifft(G,N); value=max(g); g=g/value;gx=20*

12、log10(g); plot(t,gx);19title(输出时域波形);figure(3);subplot(211);plot(t,h);title(系统函数时域波形);subplot(212);plot( n*fs,H);title(系统函数频谱);3.1.3实验结果图3-1LO00Hcoo213.1.4实验分析1、根据实验原理中给出的系统函数可以知道输出频谱函数如下S0)= sW )H w ) exptd)由此可知错误！未找到引用源。变化会引起输出信号脉冲位置的平移2、分析主旁瓣比:图3-4主旁瓣比二错误！未找到引用源3.2实验要求a.画出给定信号的时域图像，分析信号频谱。b.利用给定的

13、信号数据得到系统响应函数，并画出参考函数频谱。c.画出匹配滤波后时域图像，分析脉冲位置与系统函数t0的关系d.标出时域图像的主旁瓣比。3.2.1实验原理实际处理雷达系统中，为了压低副瓣，通常是将匹配函数加窗，然后加零延 伸为T Tp的时间长度，作傅立叶变换后并作共轭，和接收信号的傅立叶变换 相乘后，作傅立叶逆变换，取前T时间段的有效数据段。为了便于采用快速傅立叶变换，可能对匹配函数要补更多的零，对接收信号也要补零。脉压处理过程22的如图3-4所示，其中虚框部分可事先计算好，以减小运算量接收信号3.2.2实验过程导入回波信号，对回波信号进行时域翻折得到参考信号。 由傅里叶变换性质 可知，频域共轭

14、相乘等价于时域共轭卷积，故对两时域信号进行共轭周期卷积(离 散傅里叶变换对应循环卷积，截断之后即为单个周期的周期卷积)。代码如下：f1=load(C:UsersLe novoDesktopEXPERIMENT_3_DATA.txt);f11=f1(:,1).;f12=f1(:,2).;fa=f11+j*f12;for m=1:400fb(400-m+1)=f11(m)-j*f12(m);endfs=40000000;T=1/fs;N=400;fre=fs/N;n=1:799;fc=co nv( fa,fb); value=max(fc); fc=fc/value; fcx=20*log10(f

15、c);Fc=abs(fftshift(fft(fc); figure(1);plot( n*T,fcx);title(输出时域波形); figure (2);plot( n*fre,Fc); title(输出频域波形);m=1:400Fa=abs(fftshift(fft(fa);Fb=abs(fftshift(fft(fb); figure);subplot(211); plot(m*T,fa);title(输入信号时域波形); subplot(212);plot(m*fre,Fa);title(输入信号频域波形); figure(4);23subplot(211); plot(m*T,fb);title(参考信号时域波形); subplot(212);plot(m