雷达技术实验报告

1、雷达技术实验报告专业班级：姓名：学号：- 15 -实验内容及步骤1.产生仿真发射信号：雷达发射调频脉冲信号,IQ两路;2. 观察信号的波形，及在时域和频域的包络、相位;3. 产生回波数据：设目标距离为 R=0 5000m4. 建立匹配滤波器，对回波进行匹配滤波;5. 分析滤波之后的结果。实验环境matlab实验参数脉冲宽度T=10e-6;信号带宽B=30e6;调频率丫 =B/T；采样频率Fs=2*B;Ts=1/Fs;采样点数N=T/Ts;采样周期S.(Z ) = A cos(2/r /o/ + 砒尸 + 0)£(Z)= A sin(27r / + 砒厂 +(/)$(Z)= (/) +

2、= A EXp(丿(2疋九0 + 砒厂 + 0)匹配滤波器h(t)=S t*(-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的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为x(t):x(t) =s(t) + n(t)其中：s(t)为确知信号，n(t)为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为No/2。设线性滤波器系统的冲击响应为h（t）,其频率响应为H ©）,其输出响应:y(t) =so(t) + no(t)输入信号能量:C 2E(s) = J s2(t)dt&

3、lt;=c输入、输出信号频谱函数:cjS(Q)= s(t)e时dt'皿So©) =H®)S©)1 比jcdSo(t)=f H 俾)S®)ed©2兀f输出噪声的平均功率:1 oC2兀'-21 处I 丸； 2Eno(t)=L f Rog血二一J H )Pn)dcQ -yr SNR =1 比j"/ HW)S®)e峨d 2兀 d1 jQH®Pn®)d®)2兀利用Schwarz不等式得:SNP<广o 2兀NPn®)上式取等号时，滤波器输出功率信噪比 SNR最大取等号条件:斗

4、国。当滤波器输入功率谱密度是Pn（）=No/2的白噪声时，MF的系统函数为:H ®) = kS (巧 e 氛，k =Nok为常数1，S*®）为输入函数频谱的复共轭，S*®） = S（-），也是滤波器的传输函数HW）。2ESNRFEs为输入信号s(t)的能量，白噪声n(t)的功率谱为No/2SNR只输入信号s(t)的能量Es和白噪声功率谱密度有关。白噪声条件下，匹配滤波器的脉冲响应：h(t)=ks*(to-1)如果输入信号为实函数，则与s(t)匹配的匹配滤波器的脉冲响应为:h(t)=kS(to-t)k为滤波器的相对放大量，一般k=1。匹配滤波器的输出信号:so(t)

5、=so(t)*h(t)=kR(t-to)k =1。匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的k倍，因此匹配滤波器可以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器，通常2、线性调频信号(LFM)LFM信号(也称Chirp信号)的数学表达式为：tj2；I(fct4t2)s(t) = r e a#)e 22.1为矩形信号，式中fc为载波频率,10,-<1 TelsewiseK =B，是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为图1fc+Kt(t2 兰 t 兰%)，如u)(b)up-chirp(K>0) (b) down-chirp(K<0)典型的chirp信号(a)将2.1式中的up-chir

6、p信号重写为：s( t)=2.2当TB>1时，LFM信号特征表达式如下：SL F Mf)S( t)= re*rK2t2.3对于一个理想的脉冲压缩系统，要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其 包络接近矩形； 其中S(t)就是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心频率不同而已。因此，Matlab仿真时，只需考虑S(t)。3、LFM信号的脉冲压缩窄脉冲具有宽频谱带宽，如果对宽脉冲进行频率、相位调制，它就可以具有 和窄脉冲相同的带宽，假设LFM信号的脉冲宽度为T，由匹配滤波器的压缩后， 带宽就变为T ,且T=D >1，这个过程就是脉冲压缩。信

7、号s(t)的匹配滤波器的时域脉冲响应为:3.1h(t) = s (to -1)to是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令to = 0,重写3.1式,h(t)=s(-1)将3.1式代入2.1式得:h(t)=rect吟)e亦Jej2 旅t匹配滤渡hi(t)图3 LFM信号的匹配滤波如图3, s(t)经过系统h(t)得输出信号s/t)so(t) =s(t)* h(t)f s(u)h(t -u)du = f h(u)s(t -u)du_qC_qC：eErect(y)e衍叫 e吨J)2rect(.tU)2 族Zdu当0 <t <T日寸,T2 2s0(t)=沁du2 Q2亦tuiT

8、TKt2 e=e%'-j2 兀 Ktt-T2sin 兀 K(Tt)t jfct=ejTlKt2兀Kt(3.4)当h <t <0时,J尹2厂沁du"2 e5tuso(t) =-j2兀 Kt -T2sin兀 K(T +t)t _j2jifctxej2ft兀Kt(3.5)3.5合并3.4和3.5两式:si n;iKT（1-S0（t） =T兀KTtIreet（丄）eet2T3.6式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出，它是一固定载频fc的信号，这是因为压缩网络的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t兰T时，包络近似为辛克(sine)函数。S0(t)

9、 =TSa(;iKTt)rect(符)=TSa(;i Bt)rect(科)1辽1如图4,当兀Bt=±；i时，t = ± 为其第一零点坐标；当兀Bt=±二时，t=±， B22B习惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。11T =火2=2BBLFM信号的压缩前脉冲宽度T和压缩后的脉冲宽度T之比通常称为压缩比DD =T =TB >1T压缩比也就是LFM信号的时宽-带宽积。s(t),h(t),so(t)均为复信号形式，Matab仿真时，只需考虑它们的复包络S(t),H(t),So(t)。五、实验结果趺性还；iffl号的实创OS4026201510-3DU

10、MhtLFM信号的时域波形和幅频特性/实现LFM信号的matlab代码T=10e-6;B=30e6;K=B/T;Fs=2*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=li nsp ace(-T/2,T/2,N);%脉冲脉宽10us%调频调制带宽30MHz%线性调频斜率% 采样频率和采样间隔St=ex p(j*pi *K*t.2);subp lot(211)p lot(t*1e6,real(St);xlabel( 't/s');title('线性调频信号的实部);grid on ;axis tight ;subp lot(212)freq=li nsp ace(-Fs/2,Fs

11、/2,N);p lot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St); xlabel(%调频信号title( grid'f/Mhz' );'线性调频信号的频率谱);on ;axistight;maeo 4 J3ZT 广二 mi f'flr-jl-fWm* snc时间-3J线性调频信号的匹配滤波*时间0$/实现匹配滤波器及放大的matlab代码T=10e-6;B=30e6;K=B/T;Fs=10*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=li nsp ace(-T/2,T/2,N);St=ex p(j*pi *K*t.A2);Ht=ex p(-j* p

12、i*K*t.A2);Sot=co nv(St,Ht);subp lot(211)L=2*N-1;t1=li nsp ace(-T,T,L);% 匹配滤波器%匹配滤波器后的线性调频信号Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);%归一化Z1=abs(si nc(B.*t1);Z1=20*log10(Z1+1e-6);t1=t1*B;%sinc函数r.')；plot(t1, Z, t1,Z1,'axis(-15,15,-50,i nf);grid'仿真','sinc');'时间');'振幅

13、,dB');'匹配滤波器后的线性调频信号on ;lege nd( xlabel( ylabel( title(')；%放大sub plot(212) 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(-i nf,in f,-50,i nf);gndset(gca,xlabel(ylabel(ti tle('Ytick'，-134-4,0,'时间');'振幅,dB');'匹配滤波器后的线性调频信号()on

14、;r.');'Xtick'，-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,123);')；仿真结果/matlab 代码fun cti onLFM_radar(T,B,Rmi n,Rmax,R,RCS)if n arg in=0T=10e-6;B=30e6;Rmin=10000;Rmax=15000;R=10500,11000,12000,12008,13000,13002;RCS=1 1 1 1 1 1;end%理想点目标距离%雷达散射截面%22 yC=3e8;K=B/T;%传播距离Rwid=Rmax-Rmi n;Twid=2*Rwid/C;Fs=5*B;Ts=1/F

15、s;Nwid=ceil(Twid/Ts);%=%仪表接受窗口%一秒接受窗口%采样频率和采样间隔%接收窗口数%Gnerate the echo 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);%目标数td=ones(M,1)*t-2*R'/C*ones(1,Nwid);Srt=RCS*(ex pp i*K*tdA2).*(abs(td)vT/2);%点目标雷达回波%=%用FFT和IFFT脉冲压缩雷达数字处理Nchirp=ceil(T/Ts);%脉冲持续时间Nfft=2A n

16、ext po w2(Nwid+Nwid-1);%脉冲持续时间%计算线性的数目%利用FFT算法的卷积Srw=fft(Srt,Nfft);%FFT的雷达回波t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp);St=ex p(j*pi *K*tO.A2);%FFT的雷达回波Sw=fft(St,Nfft);%fft 线性调频斜率Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw);%信号经过脉冲压缩%=N0=Nfft/2-Nchirp/2; Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1); Z=Z/max(Z);tight' 振幅 ' )' 振幅， dB' )Z=20*log10(Z+1e-6); %figure subplot(211) plot(t*1e6,real(Srt);axis xlabel( ' 时间 ' );ylabel( title( ' 原始回波信号 ' ); subplot(212) plot(t*C/2,Z) axis(10000,15000,-60,0); xlabel( ' 距离 ' );ylabel( title( ' 距离压缩后信号 ' );六、实验心得 经过这次实验的经历加深了我对雷达技术中线