随机信号处理MATLAB仿真报告

1、 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（-35dB10dB），目标速度可变（01000m/s），目标距离可变（010000m），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；脉压和FFT后的表达式； 给出雷达脉压后和MTD（FFT加窗和不加窗）后的输出图形，说明FFT加窗抑制频谱泄露效果； 通过仿真说

2、明脉压输出和FFT输出的SNR、时宽和带宽，是否与理论分析吻合； 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）。（3）双目标时： 仿真出大目标旁瓣掩盖小目标的情况； 仿真出距离分辨和速度分辨的情况。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和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

3、。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、FFTFFT后的表达式：图 4.1图 4.2 X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、脉压和FFT输出的SNR增益，时宽和带宽(1)脉压输出的SNR增益，时宽和带宽脉压信号增益=脉压的时宽压缩比=脉压的带宽

4、压缩比=脉压信号时宽带宽积=10*log0.000085/(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/

5、fd)<T*PulseNum，Vf=c/(2*fc*T*PulseNum)=1.8750m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，但是，并不是无限下降，存在最小值，这就是多普勒敏感现象和多普勒容限。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：

6、高斯白噪声%目标回波输入信噪比：-3510dB；目标速度：01000m/s；目标距离：010000m%相干累计总时宽：不大于10msclear all;close all;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

7、:(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*104,-100,350);xlabel('区间');title('矩形脉冲信号自相关函数');% 回波信号v

8、1=10;R1=5000; %目标1v2=20;R2=10000;%目标2fd1=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)<T*PulseNumdelay_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.

9、*exp(1i*2*pi*fd1*t); %加入多普勒频移1st2=st2.*exp(1i*2*pi*fd2*t); %加入多普勒频移2L=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(A2/

10、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

11、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');for i=1:(PulseNum+1) for k=1:N my1(i,k)=m1(i

12、-1)*N+k); endendfor i=1:(PulseNum+1) for k=1:N my2(i,k)=m2(i-1)*N+k); endendtd=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;for i=1:N st_ff

13、t1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft); st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:N st_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i),Nfft); st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endfsd=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);

14、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);fo

15、r i=1:N st_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i).*w,Nfft); st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:N st_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i).*w,Nfft); st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endfigure(6);subplot(211);mesh(X,Y,20*log10(st_fft1);title('单目标重排后的FFT(加窗)');xlabel('距离

16、/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/m');ylabel('速度m/s');D2=st_fft1(1:Nfft,round(2*R1/c/Ts);% 单目标速度视图y=(-fsd/2:fsd/Nfft:(fsd/2-fsd/Nfft)*c/2/fc;figure(7);plot(y,20*log10(D1); xlabel('速度m/s');ylabel('幅度/dB');title('单目标MTD的速度视图（不加窗）&