雷达信号matlab仿真

1、雷达信号matlab仿真1.最大不模糊距离:距离分辨率:2.天线有效面积:半功率波束宽度:雷达系统分析大作作者：陈雪娣学号:Ru,max畀 125kmr 上 150m2BmAe42G20.0716m2G3db46.403.模糊函数的一般表示式为对于线性调频信号则有:;fdTP分别令0,0410420727;fdej2 fd dtRectRect Tpsinfd 0可得0; fdej t20； fdsinfdTpfdTp pTPRectTPTP 1fd Tp;0j t2 je e2tTp出HTp1tPsin1 TpTp 1 p T;0横糊的数1O.B1av!r - 1 ,L, 1- F -Ii1

2、V1ip一一 4 工* = J in11i ;:-2 1- Vi:i1f1 - 1 I 1 11 11II!*14gn:;44iiit91i|之,一 w w 1a.i卜.一r. 一-11V。1P1IP r n r n r 11 n11i1|ip1l!1111tI|iP1l!1I 1 1 I 11 1 11 I 1 I4!lI1II411*1VIIan111 441Iaii11il11-60-60-40-2CDelay - jis4.程序代码见附录1的T_4.m,仿真结果如下:4060301 口口加团F心冲压爆输出1 n1hr1 I1 l! 1h iR1! LL：_._FF , ki : IL

3、1i I.F:+;|i：(Vi,；.r；J.他L“jiV v111ilijuLl.L-,一.T 11W .: T 1 tilI1 inlUI 13 -1 X a d俚V1/-1 UM .2p_-_,_iFj加-.-I)1 *! V 研 r 1rli*1h Li Mf ,- 1 ,= ,II,!,4 :一绘I1 ：A未加窗加窗脉冲压缩输出对比-ID通过比较得知，加窗后的主副瓣比变大，副瓣降低到 加了，约为未加窗时的1.5倍，主瓣也有一定的损失。 5.由雷达方程40db以下，但主瓣的宽度SNRRG2 2 Te(4 )3KT0LFR4计算可得SNR 196.55 40logR db作图输出结果如下，

4、程序代码见附录 1的T_5.m200011 11i1,111!1!u17 i一SMR与距离的天系102 0304050 GO 70距离-ktn60Go4020在R=70km时，计算得单个脉冲的 SNR=2.7497 db,要达到要求的检测性能则需要12.5dB的最小检测输入信噪比，而 M个相参脉冲积累可以将信噪比提高 M倍，故Do(1)SNR=9.4413因此要达到要求就需要10个以上的相参脉冲进行积累。可求得可积累脉冲数为:Nfr 256a其中，a为天线的搜索速度等于30o/s. fr是重复频率为1200hZ.故满足要求.6.设t时刻弹舰径向与目标航向的夹角为 a（t），目标偏离弹轴方向的夹

5、角为（t）,在t=0 时，（o）由几何关系知，31o,(0)1o.OMMPRsinRo cos经t秒后，MPMPOM OMVst Vat cos s aVat sin a(t)arctanOM M P(t)(t)R(t)OM OMVat sin sin(t)sin (t)Vd Va cos又因为(t)Vs coss(t)cos (t)cos(t)故 Vd Va cos2cos,3(t)cossin(t)sincos (t) 21(t) sin (t)1 sin2Vs cos(t)(t)fdVd、，、，、1 .,、Va Vs cos (t) -sin (t)2Vd231 .”、-Va Vs CO

6、s (t) sin (t)22多普利用以上的关系式即可计算出第i个重复周期弹目间的距离 R(t)和回波信号的勒频率fd (t).仿真程序代码见附录1的T_6.m.实验结果如下:t附刻塞普勒顿移4 59394.50034.53974.53904.53954 58964 5B9101时刻弹舰距雷4 5895 0时间由仿真结果可知，fd(t)的变化不大，这表明相对速度的变化不大，同时可求得Vd 688m / s.7. (1)相干积累：由于相对速度的变化不大，所以在仿真时取定值 Vd 688m/s仿真程序代码见附录1的T_7_1.m.实验结果如下：200Ii4iiliI1 nnIUU1!nJ11i-n

7、u1.inn 1 UILJ-laUnnniii-jlUU30405060700 090100玉百 豆n 口H-td等高建距离km相干积累前后的信噪比情况如下图所示:干积累后输出的信噪比约30db,与预期效果相符(2)非相干积累：双极点滤波器的时域框图如下：由此可的它的频域响应:k2 exp 2 d / , 1其中k1 2exp d / 12 cos( d )k2 exp 2 d / . 12式中： 0.63, N d 2.2, N是半功率波束宽度仿真程序代码见附录7 2.m.实验结果如下:羊相干根生甘的猪耳距离km非相干积累前后的信噪比情况如下图所示:由仿真结果知，积累前匹配滤波器的信噪比为约

8、12dB。非相干积累后输出的信噪比约20db。将非相干的结果与相干积累的效果进行比较，可知，相干积累的效果明显优于 非相干积累。附录1程序代码第3题：% T3.m %clear all clcclftaup=1;b=10;up_down=-1;脉冲宽度100us带宽%up_down=-1x=lfm_ambg(taup,b,up_down); % taux=-1.1*taup:.01:1.1*taup; fdy=-b:.01:b;figure(1) mesh(100*taux,fdy./10,x) % xlabel(Delay - mus) ylabel(Doppler - MHz) zlabe

9、l(| chi ( tau,fd) |) title(模糊函数)figure(2)contour(100.*taux,fdy./10,x) % xlabel(Delay - mus) ylabel(Doppler - MHz) title( 模糊函数等高线) grid onN_fd_0=(length(fdy)+1)/2; % fd=0 x_tau=x(N_fd_0,:);%figure(3) plot(100*taux,x_tau) axis(-110 110 0 1) xlabel(Delay - mus) ylabel(| chi ( tau,0) |) title(时间模糊函数)gri

10、d on正斜率，up_down=1负斜率计算模糊函数画模糊函数画等高线的位置时间模糊函数N_tau_0=(length(taux)+1)/2; % tau=0 x_fd=x(:,N_tau_0);figure(4)plot(fdy./10,x_fd)的位置速度模糊函数xlabel(Doppler - MHz) ylabel(| chi ( 0,fd) |) title(速度模糊函数)grid on x_db=20*log10(x+eps);取6db点的位置I,J=find(abs(x_db+6)0.09); %DopplerJ=(J-1.1*taup/.01)/(1/.01);%figure(

11、5) plot(J*100,I/10,.) axis(-110 110 -1 1) xlabel(Delay - mus) ylabel(Doppler - MHz)%6db维坐标变换 时间维坐标变换的等高线title( grid on %function % taup % b模糊函数6db的等高线)巾见；模糊函数-x=lfm_ambg(taup,b,up_down)脉冲完度；一%up_down=-1 正斜率，up_down=1 负斜率eps=0.0000001;i=0;mu=up_down*b/2./taup;for tau=-1.1*taup:.01:1.1*taupi=i+1;j=0;f

12、or fd=-b:.01:bj=j+1;val1=1-abs(tau)/taup;val2=pi*taup*(1-abs(tau)/taup);val3=(fd+mu*tau);val=val2*val3+eps;x(j,i)=abs(val1*sin(val)/val);endend%第4题：%T_4.m%/%频域处理方法进行脉冲压缩%clear allclcclfeps = 1e-10;Te=100e-6;% 脉冲带宽Bm=1e6;% 调频mu=Bm/Te; % 调频斜率Ts=1/(2*Bm);% 采样周期Ns=fix(Te/Ts); %采样点数Nf=1024;% fft点数t=0:Ts:

13、Te-Ts;y=exp(j*pi*mu*t.A2); %脉冲压缩前的线形调频信号yfft = fft(y,Nf);h=zeros(1,Ns);for i=1:Nsh(i)=conj(y(Ns-i+1);endhfft= fft(h,Nf); %匹配滤波器的频域响应ycomp =abs(ifft(yfft *hfft); %脉冲压缩maxval = max (ycomp);ycomp = eps + ycomp ./ maxval; %利用最大值归一化ycomp_db=20*log10(ycomp); % 取对数% %win = hamming(Ns),;h_w=h.*win; % 加窗hfft

14、_w=fft(h_w,Nf); %加窗的匹配滤波器的频域响应ycomp_w = abs(ifft(yfft .*hfft_w); %脉冲压缩maxval1 = max(ycomp_w);val=ycomp_w ;ycomp_w = eps + ycomp_w ./ maxval; % 利用ycomp的最大值归一化 ycomp_w1 = eps + val./ maxval1; % 利用ycomp_wB最大值归一化 ycomp_w_db=20*log10(ycomp_w); % 取对数 ycomp_w1_db=20*log10(ycomp_w1); % 取对数 %tt =0:Ts:2*Te-Ts

15、;figure(1)plot (tt,ycomp_db(1:2*Ns),g)axis(.2*Te 1.8*Te -60 0)xlabel (t - seconds );ylabel( db)title(,没有加窗的脉冲压缩输出,)grid onfigure(2)plot (tt,ycomp_w1_db(1:2*Ns),r)axis(.2*Te 1.8*Te -60 0) xlabel (t - seconds ); ylabel( db) title(,加窗的脉冲压缩输出,)grid onfigure(3)plot (tt,ycomp_db(1:2*Ns),g,tt,ycomp_w_db(1:

16、2*Ns),r) axis(.7*Te 1.3*Te -60 0) xlabel (t - seconds );ylabel( db)legend(未加窗,加窗)；title(脉冲压缩输出对比)grid on%第5题：% T_5.m%WNW勺关系 %clear allclceps=1e-10;c = 3.0e+8; % speed of lightlambda =0.03; % 波长pt=20;%峰值功率lambda=0.03; % 波长tao=100e-6;G_db=30; sigma=1000; k=1.38e-23;% 发射脉冲宽度天线增益in dbTo=290F_db=2 Ldb=5%

17、RCS% Boltzmans constant%标准室温%噪声系数in db系统损失in dbR=70e3:-100:0; % 距离val=10*log10(pt*tao*lambdaA2*sigma)/(4*pi)A3*k*To)+ 2*G_db-F_db-L_db;SNR=val-40*log10(R);figure(1)plot(R./1e3,SNR)title(SNR与距离的关系,)xlabel(距离-km) ylabel(SNR - db) grid onSNR1=val-40*log10(70e3)% 计算 R=70km寸的 SNR % 第6题： % T_6.m clear all

18、 clc lembda=0.03; % 波长 fr=1200;% 重复频率tra=180/pi; % 度到弧度的转化量时弹舰径向与目标航向的夹角 导弹运动方向与目标航向的夹角 时的弹舰距离舰船速度导弹速度alpha=31/tra; %t=0alpha_p=30/tra;% Ro=70e3;% t=0Vs=10;%Va=680;%时弹舰垂直距离时弹舰垂直距离OM=Ro*sin(alpha); % t=0MP=Ro*cos(alpha); % t=0 % t=0:1/fr:10;OM_t=OM-0.5*Va.*t; % t 时刻 弹舰垂直距离MP_t=MP-Vs.*t-sqrt(3)*Va.*t/

19、2;% t 时刻弹舰垂直距离 alpha_t=atan(OM_t./MP_t); %t 时刻弹舰径向与目标航向的夹角 R_t=OM_t./sin(alpha_t); %t时刻弹舰距离% t时亥立单舰径向速度 vd_t=(sqrt(3)/2*Va+Vs).*cos(alpha_t)+0.5*Va.*sin(alpha_t);fd_t=2*vd_t/lembda; %t时刻多普勒频移% figure(1)plot(t,R_t)title (t 时刻弹舰距离,)xlabel(时间-s)ylabel(, 弹舰距离-m,)figure(2)plot(t,fd_t)title(t时刻多普勒频移,)xlab

20、el(时间-s)ylabel(,多普勒频移-hz,)% 第7题：%T_7_1.m% M不积累 clear all clc clfc=3e8;% speed of lightTe=100e-6; %发射脉冲宽度Be=1e6;% 带宽mu=Be/Te; % 调频斜率Ts=1/(2*Be);%采样频率Ro=70e3;%起始距离fo=c/0.03;%中心频率Vr=688;% 径向速度 t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.A2);Wf=fft(W,1024);%nnn=fix(Ro-30e3)/75);%采样的起始位置，从30km开始采样R=0:75:15e3-75; % 在30k

21、m和45km之间采样，采样间隔 75m for i=1:200for k=1 :64Ri(k,i)=R(i)-Vr*Ts*(k-1);endendtaoi=2*Ri/c;echo=10A0.225*0.707*(randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1);for i=1:64 % 回波信号echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199)+.exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).A2); end for i=1:64%脉冲压缩sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:

22、),1024).*conj(Wf),1024);endfor k=1:1024% 相干积累sct(:,k)=abs(fftshift(fft(sp2(:,k),256);endsct=sct./max(max(sct);% 归一化sp=sp2./max(max(sp2);% 归一化%积累前后信噪比输出figure(1)plot(20*log10(abs(sp)ylabel(-db)title(,相干积累前,)axis(1 1024 -30 0) figure(2)plot(20*log10(sct)ylabel( - db)title(,相干积累输出)axis(1 1024 -30 0)%结果

23、输出r=(1:1024)*75+30e3)./1e3;dp=(-128:127)*(Be/128)/1e3;figure(1)mesh(r,dp,sct)xlabel(距离 km) ylabel(Doppler - kHz)title(相干积累输出结果,)figure(2)contour(r,dp,sct)axis(30 100 -200 200)xlabel(距离 km)ylabel(Doppler - kHz)title(R-fd 等高线) grid ondp=(-32:31)*(Be/32)/1e3;figure(3)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(ech

24、o)xlabel(距离 km) ylabel(Doppler - kHz) title(相干积累前的结果)% T_7_2.m%非。不积累clcclear allc=3e8;% speed of lightTe=100e-6; %发射脉冲宽度Be=1e6;% 带宽mu=Be/Te; % 调频斜率Ts=1/(2*Be);%采样频率Ro=70e3;%起始距离fo=c/0.03;%中心频率Vr=688;% 径向速度fr=1200;%重复频率t=0:Ts:Te-Ts;W=exp(j*pi*mu*t.A2);Wf=fft(W,1024);% 双极点滤波器-%sheta_3_db=6.4; %半功率波束宽度

25、v=30;%天线的搜索速度N=sheta_3_db*fr/v;wd_tao=2.2/N;xi=0.63;k1=2*exp(-xi*wd_tao/sqrt(1-xiA2)*cos(wd_tao);k2=exp(-2*xi*wd_tao/sqrt(1-xiA2);NN=64;w=-pi:pi/NN:pi-pi/NN;j=sqrt(-1);H=exp(-j.*w)./(1-k1*exp(-j*w)+k2*exp(-2*j.*w);h=ifft(H,64);% 信号处理%nnn=fix(Ro-30e3)/75);% 采样的起始位置,从30km开始采样 R=0:75:15e3-75; % 在30km和4

26、5km之间采样，采样间隔 75m for i=1:200for k=1 :64Ri(k,i)=R(i)+Vr*Ts*(k-1);endendtaoi=2*Ri/c;echo=10A0.275*0.707*randn(64,1024)+j*randn(64,1024);j=sqrt(-1);for i=1:64%回波信号，加随机相位模拟非相干信号echo(i,nnn:nnn+199)=echo(i,nnn:nnn+199).+exp(-j*2*pi*fo*taoi(i,:)+j*pi*mu*taoi(i,:).A2 . +j*2*pi*rand*ones(1,200);endfor i=1:64

27、% 脉冲压缩sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),1024);endfor i=1:1024 % 用双极点滤波器进行非相干积累isct(:,i)=conv(sp2(:,i),h),;endfor k=1:1024sct(:,k)=abs(fftshift(fft(isct(:,k),256);endsct=sct./max(max(sct); % 归一化sp2=sp2./max(max(abs(sp2); % 归一化%积累前后信噪比输出figure(1)plot(20*log10(abs(sp2)ylabel(-db)title(, 非相干积累

28、前,) axis(1 1024 -30 0) figure(2)plot(20*log10(sct)ylabel( - db)title(,非相干积累输出,)axis(1 1024 -30 0)%觎%结果输出r=(1:1024)*75+30e3)./1e3;dp=(-128:127)*(Be/128)./1e3;figure(3) mesh(r,dp,sct) xlabel(距离 km)ylabel(Doppler - kHz)title(非相干积累输出结果)figure(4)contour(r,dp,sct)axis(30 100 -200 200)xlabel(距离 km)ylabel(D

29、oppler - kHz)title(R-fd 等高线)grid ondp=(-32:31)*(Be/32)/1e3;figure(5)mesh(r,dp,abs(echo)/max(max(abs(echo)xlabel(距离 km)ylabel(Doppler - kHz)title(非相干积累前的结果)%-%二翻译11.2比幅单脉冲比幅单脉冲跟踪类似于对于圆形区域而言需要四个斜的波束来测量目标 的角度位置。区别就是这四个波束是同时产生而不是相继产生的。因为这个 目的，一种特殊的天线馈电正是利用一个单独的脉冲产生四个波束原理，因 此它的名字叫做单脉冲。并且，单脉冲跟踪更加精确并且不容易受圆

30、柱形的 近点角的影响，比如调幅干扰和获得的倒置的电子对抗措施。最后，连续并 且圆锥形变化的雷达回波降低了跟踪的精度；尽管如此，自从一个单独的脉 冲被用来产生错误信号后者对单脉冲技术已经不是一个问题。单脉冲跟踪雷 达既可以用天线反射器又可以用相控阵天线。图11.7显示了一种典型的单脉冲天线的模型。A,B,C,D四个波束描绘出四个圆锥形扫描波束的位置。这四个方向，大体上呈喇叭状，用来产生单脉 冲天线的模式。振幅单脉冲处理器要求这四个信号有相同的相位但却有不同的幅度。AI)uB图11.7单脉冲天线模型一个解释振幅单脉冲技术的好方法就是用天线轴线的圆形中心来表示目标回波信号，正如图11.8a所示，在图

31、中四个象限表示四个波束。在这种情下，这四个喇叭接受相等的能量，这就显示目标位于天线跟踪的轴线上。然而，当目标不在轴线上时（图 11.8b-d）,各喇叭中的能量就会不平衡。这不平衡的能量用来产生差信号来驱动伺服控制系统。单脉冲处理包括计算天线模型的一个加 两个不同的差（方位角和仰角）然后除去差信道的电1核信道的电压，信号的角度就可以确定了。图11.8用图形解释单脉冲的概念（a）目标在轴线上（b-d）目标不在轴线上雷达通过不断比较返回波束的幅度和相位来判断目标对轴线的位移。四个信号的相位相位在传输和接受模式都是连续的，这是关键性的。因此，任何数字电路或是微波比较电路都可以利用。图11.9显示了一个

32、典型的微波比较仪的方框图，图中三个接收通道分别被称为加通道，仰角差通道和方位角图11.9单脉冲比较器 为了产生仰角差波束，我们可以用波束差(A-D)或(B-C)。然而,通过先形成和的形式(A+B)和(D+C)然后计算(A+B) -(D+C)的差，我们获得个更强的仰角差信号，el。同样，通过首先形成和的形式(A+B)和(D+C也，也产生了。 az后计算(A+B)-(D+C)的差，一个更强的方位角差信号,一个简单的单脉冲雷达的结构方框图如图11.10.所示。加通道被用作发射和接收。在接收机中加通道为其他两个不同的通道提供相位参考。加通道还 可以用来测距。为了说阐明加通道和差通道的天线模型是如何形成

33、的，我们 将会假设一个sin /为天线的单独的一部分和斜角。归一化的加信号(方位角或仰角)如下所示()sin( ) sin( 。)00(11.7)图11.10简单比幅单脉冲雷达框图而归一化的差信号为()sin(0)sin( 0)00MATLAB 函数 “ mono_pulse.m函数 mono_pulse.m”的功能是实现等式 .7)和(11.8)。它的输出包括和模式和差模式天线方向图以及差和比。函数形式为:mono_pulse(phi0)其中phi0为斜角，单位是弧度。% phi0为跟踪轴偏离波束轴的偏角%计算和模式天线方向图%计算差模式天线方向图MATALB 函数 mono_pulse.m

34、 程序如下：function mono_pulse(phi0)eps = 0.0000001;angle = -pi:0.01:pi;y1 = sinc(angle + phi0);y2 = sinc(angle - phi0);ysum = y1 + y2;ydif = -y1 + y2;plot (angle,y1,b,angle,y2,r);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (斜视模式)plot(angle,ysum,k);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (和模式) plot (angle,ydif,k);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (差模式)angle = -p