哈工大无线定位原理与技术实验报告Word格式文档下载.doc
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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。
假设目标处于静止状态，总的频偏为
（2.1）
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
图2混频后频谱图
图3
根据公式
（2.2）
解得R=750m，与5us延迟一致。
积化和差公式：
（2.3）
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雷达测速原理
（如果）
图3-1多普勒效应
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
图3-3连续波雷达内部原理图
图3-4测速雷达与采集板
3.3IQ正交双通道
图3-5IQ正交双通道处理
积化和差公式如下：
（3.1）
所以信号格式
（3.2）
I路信号相位领先Q路信号π/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：
图1
图2
图4
3.5实验代码
a=importdata（'
HXM.txt'
）;
I=a（1:
512,1）;
%分别从a中取出第一列和第二列数据
Q=a（1:
512,2）;
figure
（1）;
plot（0:
1/2048:
511/2048,I）;
%采样频率为2048Hz,取512个点
title（'
I路信号'
%由此确定横轴坐标以及间隔
xlabel（'
时间/s'
ylabel（'
幅度'
figure
（2）;
511/2048,Q）;
Q路信号'
S=I-j*Q;
b=fft（S）;
b
（1）=0;
%因为存在直流分量，所以要将零频处的
c=abs（fftshift（b））;
%值置零
[value,position]=max（c）%进行归一化
d=c/value;
figure（3）;
plot（-1024:
2048/512:
1024-4,d）;
雷达测速数据处理结果'
频率/Hz'
归一化幅度'
f=-52%由归一化幅度图中得到多普勒频率，利
lan=3*10^8/（24.15*10^9）%用公式求解速度，速度为负说明采用
v=f*lan/2%的数据段是手离开雷达时测得的数据
3.5实验结果
雷达载波波长：
多普勒频率：
速度：
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。
实验三线调频信号及匹配滤波仿真实验
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.^2））;
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t0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：
式中：
是矩形函数，k是调频斜率，并且与调制频偏的关系是：
T为时域波形宽度，简称时宽；
为调频范围。
简称频宽。
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：
对应的匹配滤波器的传输函数近似（大时宽带宽积下）为：
匹配滤波器输出：
代入相关参数，
匹配滤波器时域输出：
时宽带宽积：
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－4dB处的宽度为输出脉冲的脉宽，并且有，所以脉冲压缩比：
3.1.2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:
\Users\Lenovo\Desktop\EXPERIMENT_3_DATA.txt'
f11=f1（:
1）;
f12=f1（:
2）;
f=f11+j*f12;
B=10000000;
T=0.00001;
k=B/T;
fs=40000000;
N=fs*T;
f0=0;
n=0:
N-1;
t=n/fs;
h=exp（1j*2*pi*（f0*t+0.5*k*t.^2））;
H=abs（fftshift（fft（h）））;
F=abs（fftshift（fft（f）））;
F=F.'
;
G=F.*H
plot（n*fs/N,G）;
输出信号频谱'
g=abs（ifftshift（ifft（G,N）））;
value=max（g）;
g=g/value;
gx=20*log10（g）;
plot（t,gx）;
输出时域波形'
subplot（211）;
plot（t,h）;
系统函数时域波形'
subplot（212）;
plot（n*fs,H）;
系统函数频谱'
3.1.3实验结果
图3-1
图3-2
图3-3
3.1.4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
由此可知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=
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.利用给定的信号数据得到系统响应函数，并画出参考函数频谱。
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。
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）。
1）.'
2）.'
fa=f11+j*f12;
form=1:
400
fb（400-m+1）=f11（m）-j*f12（m）;
end
T=1/fs;
N=400;
fre=fs/N;
n=1:
799;
fc=conv（fa,fb）;
value=max（fc）;
fc=fc/value;
fcx=20*log10（fc）;
Fc=abs（fftshift（fft（fc）））;
plot（n*T,fcx）;
plot（n*fre,Fc）;
输出频域波形'
m=1:
400
Fa=abs（fftshift（fft（fa）））;
Fb=abs（fftshift（fft（fb）））;
plot（m*T,fa）;
输入信号时域波形'
plot（m*fre,Fa）;
输入信号频域波形'
figure（4）;
plot（m*T,fb）;
参考信号时域波形'
plot（m*fre,Fb）;
参考信号频域波形'
3.2.3实验结果
图3-5
图3-6
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