随机信号处理MATLAB仿真报告.docx
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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
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（-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;脉压与FFT后的表达式;
给出雷达脉压后与MTD（FFT加窗与不加窗）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与FFT输出的SNR、时宽与带宽,就是否与理论分析吻合;
仿真说明脉压时多卜勒敏感现象与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;
仿真出距离分辨与速度分辨的情况。
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与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就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、FFT
FFT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、脉压与FFT输出的SNR增益,时宽与带宽
（1）脉压输出的SNR增益,时宽与带宽
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、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/fd）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,但就是,并不就是无限下降,存在最小值,这就就是多普勒敏感现象与多普勒容限。
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10ms
clearall;
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1
v2=20;R2=10000;%目标2
fd1=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）delay_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1
st2=st2、*exp（1i*2*pi*fd2*t）;%加入多普勒频移2
L=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:
N
my1（i,k）=m1（（i-1）*N+k）;
end
end
fori=1:
（PulseNum+1）
fork=1:
N
my2（i,k）=m2（（i-1）*N+k）;
end
end
td=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:
N
st_fft1（1:
Nfft,i）=abs（fft（my1（:
i）,Nfft））;
st_fft1（1:
Nfft,i）=fftshift（st_fft1（1:
Nfft,i））;
end
fori=1:
N
st_fft2（1:
Nfft,i）=abs（fft（my2（:
i）,Nfft））;
st_fft2（1:
Nfft,i）=fftshift（st_fft2（1:
Nfft,i））;
end
fsd=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:
N
st_fft1（1:
Nfft,i）=abs（fft（my1（:
i）、*w,Nfft））;
st_fft1（1:
Nfft,i）=fftshift（st_fft1（1:
Nfft,i））;
end
fori=1:
N
st_fft2（1:
Nfft,i）=abs（fft（my2（:
i）、*w,Nfft））;
st_fft2（1:
Nfft,i）=fftshift（st_fft2（1:
Nfft,i））;
end
figure（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/
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