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。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4.2X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16.13kHzFFT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><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：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10msclearall;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.*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<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:Nmy1<i,k>=m1<<i-1>*N+k>;endendfori=1:<PulseNum+1>fork=1:Nmy2<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;fori=1:Nst_fft1<1:Nfft,i>=abs<fft<my1<:,i>,Nfft>>;st_fft1<1:Nfft,i>=fftshift<st_fft1<1:Nfft,i>>;endfori=1:Nst_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>;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:Nst_fft1<1:Nfft,i>=abs<fft<my1<:,i>.*w,Nfft>>;st_fft1<1:Nfft,i>=fftshift<st_fft1<1:Nfft,i>>;endfori=1:Nst_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/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'>;titl