雷达原理实验报告(哈工程)

实 验 报 告 实验课程名称 雷达原理 姓名 班级 电子信息工程 4 班 学号 实验名称规范程度原理叙述实验过程实验结果实验成绩 雷达信号波形分 析实验 相位法测角实验 接收机测距和灵 敏度实验 目标距离跟踪和 动目标显示实验 平均成绩 折合成绩 注 1 每个实验中各项成绩按照 5 分制评定 实验成绩为各项总和 2 平均成绩取各项实验平均成绩 3 折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2017 年 5 月 雷达信号波形分析实验报告 2017 年 4 月 5 日 班级 电子信息工程 4 班 姓名 评分 一 实验目的要求 1 了解雷达常用信号的形式 2 学会用仿真软件分析信号的特性 3 了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数 二 实验原理 为了测定目标的距离 雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间 这个延迟时间是电磁波从发射机到目标 再由目标返回雷达接收机的时间 根据电磁波的 传播速度 可以确定目标的距离为 S CT 2 其中 S 目标距离 T 电磁波从雷达到目标的 往返传播时间 C 光速 三 实验参数设置 载频范围 0 5MHz 脉冲重复周期 250us 脉冲宽度 10us 幅度 1V 线性调频信号 载频范围 90MHz 脉冲重复周期 250us 脉冲宽度 10us 信号带宽 14 MHz 幅度 1V 四 实验仿真波形 00 511 52 x 10 3 1 0 1 与 与 s 与 与 v 与 与 1 0356 1 0357 1 03581 0359 x 10 3 1 0 1 与 与 s 与 与 v 与 与 与 00 511 52 x 10 3 1 0 1 与 与 s 与 与 v 与 与 与 与 4 2024 x 10 7 0 1 2 x 10 4 与 与 MHz 与 与 dB 与 与 与 与 与 4 2024 x 10 7 0 5 10 x 10 4 与 与 MHz 与 与 dB 与 与 与 与 与 与 4 2024 x 10 7 0 1 2 x 10 4 与 与 MHz 与 与 dB 与 与 与 与 与 与 与 00 511 52 x 10 3 1 0 1 与 与 s 与 与 v 与 与 8 2628 26258 263 x 10 4 1 0 1 与 与 s 与 与 v 与 与 与 00 511 52 x 10 3 1 0 1 与 与 s 与 与 v 与 与 与 与 4 2024 x 10 7 0 2 4 x 10 4 与 与 MHz 与 与 dB 与 与 与 与 与 4 2024 x 10 7 0 5 10 x 10 4 与 与 MHz 与 与 dB 与 与 与 与 与 与 4 2024 x 10 7 0 1 2 x 10 4 与 与 MHz 与 与 dB 与 与 与 与 与 与 与 02004006008001000 50 0 50 0500100015002000 0 50 100 050010001500200025003000 5 0 5 050010001500200025003000 5 0 5 50050 50 0 50 与 与 MHz 与 与 dB 100102030 20 0 20 40 60 80 与 与 us 与 与 dB 五 实验成果分析 实验中用到的简单脉冲调制信号的产生由脉冲信号和载频信号组成 对调制信号进行 线性调频分析 得到上面的波形图 改变载频 信号带宽 线性高频结果会有很大变化 由频谱特点可知线性调频信号可以扩展雷达信号的频谱 很容易获得较大的信号处理增益 从而降低了雷达发射信号峰值功率 是一种十分有效的低截获概率雷达信号 在抗干扰性 方面 是一种具有良好的抗干扰性能的信号形式 六 教师评语 教师签字 相位法测角实验报告 年 月 日 班级 姓名 评分 一 实验目的要求 1 了解雷达常用测角方法 2 学会用仿真软件验证测角算法 3 能够设计并仿真测角解模糊程序 二 实验原理 1 利用了相位法测角的数学模型 2 利用 MATLAB 软件编写单基线测向算法和比幅法解模糊程序相位法测角利用了多哥 天线所接收回波信号之间的相位差进行测角 振幅法测角利用了天线收到的回波信号幅值 来做角度测量 该幅值的变化规律取决于天线方向图及天线扫描的方式 振幅测角法可以 分为最大信号法和等信号法 三 实验参数设置 1 载频范围 3 5GHz 2 短基线长度 0 08 3 长基线长度 0 4 四 实验仿真波形 30 20 100102030 1 0 5 0 0 5 1 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 30 20 100102030 1 0 5 0 0 5 1 X 6 141 Y 0 9984 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 30 20 100102030 1 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 30 20 100102030 1 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 30 20 100102030 1 0 5 0 0 5 1 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 30 20 100102030 0 2 0 1 0 0 1 0 2 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 五 实验成果分析 由理论计算长基线最大测角为 6 度 9 分 matlab 仿真中长基线最大测角为 6 141 度 如图 二 验证理论与仿真相互验证 由误差图可以看出短基线测角精度明显高于长基线测角精 度 但两种测量方法的测角误差都不大 都不到 1 度的误差 六 教师评语 教师签字 雷达测距和接收机灵敏度实验 年 月 日 班级 姓名 评分 一 实验目的要求 1 掌握目标回波测距的方法 2 雷达回波信号能量变化对接收机输出的信号的幅度 包络 的影响 3 掌握切线灵敏度的定义 二 实验原理 1 距离测量 雷达工作时 发射机经天线向指定空间发射一串重复周期的高频脉冲 如果在电磁波传播的路径上有目标存在 那么雷达可以接收到由目标反射回来的回波 由 于 回波信号往返于雷达和目标之间 它将滞后于发射脉冲一个时间r t 如图3 1 示电磁波以 光速传播 设目标的距离是R 则传播的距离为光速乘以时间间隔 即 2 切线灵敏度 在某一输入脉冲功率电平的作用下 雷达接收机输出端脉冲与噪声叠 加后信号的底部与基线噪声 只有接收机内噪声 的顶部在一条直线上 相切 则称此输 入脉冲信号功率为切线信号灵敏度TSS P 对于单脉冲雷达信号 则有 其 中 A 是输入信号的幅度 R 为接收机内阻 本实验仪接收机内阻为50 欧姆 三 实验参数设置 本实验的可变参数为目标回波幅度的衰减百分比 初始衰减值为0 每按一次参数按钮 衰减增加5 直到衰减百分比的最大值95 后又从初始值开始 四 实验数据以及结果 衰减为 95 时 Um mV20 019 217 722 421 6 Uv mV17 620 418 820 018 4 目标回波幅度衰减百分比与回波延时 幅度衰减51015202530 回波延时 us33 0066 8099 20132 4165 4197 6 五 结论以及讨论 1 根据记录回波的时延 计算目标回波距离 目标回波时延 tr 25us 根据公式 R C tr 2计算得回波距离 R 为3 75km 2 距离分辨率为多少 距离分辨率 实验测得目标回波脉冲宽度为240ns 代入距离分辨率公式得到 rc 约为36m 3 目标回波输入信号的幅度改变 示波器输出信号有何变化 由数据表格及根据表格做出的波形图可以看出 示波器输出信号幅度随目标回波输入 信号的幅度衰减的增大而减小 4 雷达的切线灵敏度是多少 接收机灵敏度为 95 5 基线噪声电压峰值 Un 和满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值 Um 是否相同 为什么 基线电压峰值 Un 小于满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值 Um 因为 Un 只是 接收机内噪声而 Um 不仅包含接受机内噪声还包含外界干扰噪声所以 Un Um 六 教师评语 教师签字 目标距离跟踪和动目标显示实验目标距离跟踪和动目标显示实验 年 月 日 班级 姓名 评分 一 实验目的要求 1 掌握距离跟踪的原理 2 熟悉截获条件和失捕条件的含义 3 掌握动目标显示的基本原理 4 熟悉一次相消和二次相消的概念 二 实验原理 1 距离自动跟踪系统 距离自动跟踪系统包括对目标的搜索 捕获 距离跟踪和失捕四个互相联系的部分 搜 索是指目标在整个雷达测距范围内 依次对各目标单元进行检测 判断该单元是否有目标 存 在 如果在某个单元检测时满足跟踪的条件 确定该单元有目标存在 认为已经捕获到目 标 开始对该单元的目标进行跟踪 跟踪时 保证距离跟踪波门自动跟踪目标 连续测量目标 距 离 在跟踪的过程中 一旦在某个单元跟踪时满足失捕条件 认为丢失目标 雷达重新开 始 搜索 2 截获条件和失捕条件 雷达处于距离搜索状态时 如果在同一距离单元处的 n 个脉冲里有 d 次检测到目标 回波 就认为该位置处有目标 雷达由搜索状态转换到跟踪状态 其中 d n 被称为截获条 件 雷达处于距离跟踪状态时 如果在距离波门内 n 个脉冲数目里有 m 次没有检测到目 标回波 就认为丢失目标 雷达由跟踪状态转换到搜索状态 其中 m n 次就认为是失捕 条件 3 动目标的回波 设载频为0 重复周期为r T 脉冲宽度为 的单脉冲雷达发射信号为 斜距为R 径向速度为r v 的目标 回波信号相对发射信号有一延时r t 满足 回波信号与发射信 号间存在高频相位差 产生的频率差 为 其中d f 称为多普勒频率 零中频混频后 得到正交两路 IQ 信号分别为 对于固定目标 多普勒频率为0 所以输出为包 络恒定的电平 回波脉冲的包络调制频率为多普勒频率 动目标和固定目标的I 路输出波 形如图3 6 示 4 动目标显示原理 在检波器的输出端 固定回波是一串振幅不变的脉冲 而运动目标是一串振幅调制的 脉 冲 消除目标最简单的办法就是相邻重复周期的信号相减 幅度固定的目标回波信号相减 后 相互抵消 而幅度变化的运动目标回波相减后输出相邻重复周期振幅变化的部分 一次数字相消器 一次数字相消器如图 3 7 所示 三 实验参数设置 1 目标距离跟踪试验 实验中有三个进程 分别对应不同的失捕条件 默认进程为进程1 每个进程中可变参 数都是截获条件 本实验中统计的脉冲总数n 16 d初值为6 每按一次参数按钮 d 加 1 d 的最大值为 15 改变参数值按确认后 观察跟踪情况和失捕情况 改变不同的进程 也就是换不同的失捕条件 改变参数d的值 重新观察跟踪情况和失捕情况 估计出跟踪时 间和搜索时间的变化和差异 2 动目标显示 MTI 实验 该实验中有两个进程 进程1是一次相消器实验 进程2是二次相消MTI实验 当设置为 进程1时 按确认后观察包络信号和积累信号 测量对应包络信号有目标处相消器输出信号 的幅度 当设置为进程2时 可变参数是二次对消的系数 初始值为1 5 每按一次按钮 系数加0 1 二次相消系数的最大值为2 5 改变参数确认后观察包络信号和积累信号 测量 对应包络信号有目标处相消器输出信号的幅度 四 实验数据以及结果 图一 跟踪情况和失捕情况 二次相消系数与目标幅度测试 二次相消系数1 51 61 71 81 92 02 12 22 32 42 5 固定目标幅度0 40 280 16000000 20 20 32 运动目标幅度2 481 521 782 081 001 802 364 561 561 320 96 五 结论以及讨论 1 运动目标的回波有什么特点 运动目标回波受杂波的影响比较大 当运动目标回波和杂波在雷达 显示器上同时显示时 会使目标的观察变得困难 由于运动目标的速度不同而引起回波信 号频率产生的多普勒频移不相等 所以可以从频率上区分不同速度目标的回波 2 在什么条件下 雷达跟不上目标 雷达处于距离搜索状态时 如果同一距离单元处的 n 个脉冲数目里有 d 次检测到目标 回波 就认为该位置处有目标 如果目标运动速度足够快使雷达在同一距离单元处的 n 个脉 冲里检测到目标的次数小于 d 则雷达无法跟上目标 3 目标起伏对于跟踪的影响 目标的起伏对目标的搜索 捕获 距离跟踪有较大的影响 目标起伏越大 会使目标 的发现概率降低 距离自动跟踪系统在整个雷达测距范围内难以实现搜索 捕获 在距离 跟踪过程中也容易失捕 4 分析失捕条件和截获条件对于雷达工作状态的影响 若失捕条件中的 m 太小会使雷达长时间保持在跟踪状态 若截获条件中的 n 太大会使 雷达不容易发现目标长时