雷达信号matlab仿真1

雷达系统分析大作雷达系统分析大作 作作 者 者 陈雪娣陈雪娣 学号 学号 04104207270410420727 1 最大不模糊距离 max 125 2 u r C Rkm f 距离分辨率 150 2 m c Rm B 2 天线有效面积 2 2 0 0716 4 e G Am 半功率波束宽度 3 6 4 4 o db G 3 模糊函数的一般表示式为 2 2 2 dtetstsf d fj d 对于线性调频信号 21 Re jt p p t s tcte TT 则有 2 21 ReRe p jt T jt d ppp tt fctcteedt TTT sin1 1 1 dp p d p dp p fT T f T fT T 分别令可得0 0 d f 22 0 0 d f sin 0 dp d dp f T f f T sin1 01 1 p p p p p T T T T T 程序代码见附录 1 的 T 3 m 仿真结果如下 4 程序代码见附录 1 的 T 4 m 仿真结果如下 通过比较得知 加窗后的主副瓣比变大 副瓣降低到 40db 以下 但主瓣的宽度却增 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 22 1 34 0 4 t PGTe SNR KT LFR 计算可得 db 1 196 55 40logSNRR 作图输出结果如下 程序代码见附录 1 的 T 5 m 在 R 70km 时 计算得单个脉冲的 SNR1 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 9 4413 1 0 1 SNR D M 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 3 256 db r a Nf 其中 为天线的搜索速度等于 30o s 是重复频率为 1200hz 故满足要求 a r f 6 设 t 时刻弹舰径向与目标航向的夹角为 目标偏离弹轴方向的夹角为 a t t 在 t 0 时 31oo 1o 0 由几何关系知 sin cos o o OMR MPR 经 t 秒后 cos sin sa a M PMPV tV t O MOMV t O M tarctan M P tt sin sin sin a OMV tO M R t tt cos cos das VVtVt 又因为 cos cos tt cos cos sin sin 31 cos sin 22 tt tt 故 31 cos sin cos 22 das VVttVt d ft 31 cos sin 22 das VVVtt 2231 cos sin 22 d das V fVVtt 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和回波信号的多普 i R t 勒频率 仿真程序代码见附录 1 的 T 6 m 实验结果如下 d ft 由仿真结果可知 的变化不大 这表明相对速度的变化不大 同时可求得 d ft 688 Vdm 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 688 Vdm s 仿真程序代码见附录 1 的 T 7 1 m 实验结果如下 相干积累前后的信噪比情况如下图所示 由仿真结果知 积累前匹配滤波器输出的信噪比为约 12dB 已知 M 个脉冲相参积累 可以将信噪比提高 M 倍 所以 64 个脉冲相参积累后的信噪比将提高 64 倍 18db 相 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 2 2 exp2 1 d k 其中 2 1 2exp 1cos dd k 2 2 exp2 1 d k 式中 N 是半功率波束宽度 0 63 2 2 d N 仿真程序代码见附录 1 的 T 7 2 m 实验结果如下 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 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 T 3 m clear all clc clf taup 1 脉冲宽度 100us b 10 带宽 up down 1 up down 1 正斜率 up down 1 负斜率 x lfm ambg taup b up down 计算模糊函数 taux 1 1 taup 01 1 1 taup fdy b 01 b figure 1 mesh 100 taux fdy 10 x 画模糊函数 xlabel Delay mus ylabel Doppler MHz zlabel chi tau fd title 模糊函数 figure 2 contour 100 taux fdy 10 x 画等高线 xlabel Delay mus ylabel Doppler MHz title 模糊函数等高线 grid on N fd 0 length fdy 1 2 fd 0 的位置 x tau x N fd 0 时间模糊函数 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 grid on N tau 0 length taux 1 2 tau 0 的位置 x fd x N tau 0 速度模糊函数 figure 4 plot fdy 10 x fd xlabel Doppler MHz ylabel chi 0 fd title 速度模糊函数 grid on x db 20 log10 x eps I J find abs x db 6 0 09 取 6db 点的位置 I I b 01 1 01 Doppler 维 坐标变换 J J 1 1 taup 01 1 01 时间维 坐标变换 figure 5 6db 的等高线 plot J 100 I 10 axis 110 110 1 1 xlabel Delay mus ylabel Doppler MHz title 模糊函数 6db 的等高线 grid on 模糊函数 function x lfm ambg taup b up down taup 脉冲宽度 b 带宽 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 taup i i 1 j 0 for fd b 01 b j 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 end end 第 4 题 T 4 m 利用频域处理方法进行脉冲压缩 clear all clc clf eps 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 Te Ts y exp j pi mu t 2 脉冲压缩前的线形调频信号 yfft fft y Nf h zeros 1 Ns for i 1 Ns h i conj y Ns i 1 end hfft 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 加窗处理 win hamming Ns h w h win 加窗 hfft 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 w 的最大值归一化 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 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 on figure 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 on figure 3 plot tt ycomp db 1 2 Ns g tt ycomp w db 1 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 SNR 与距离的关系 clear all clc eps 1e 10 c 3 0e 8 speed of light lambda 0 03 波长 pt 20 峰值功率 lambda 0 03 波长 tao 100e 6 发射脉冲宽度 G db 30 天线增益 in db sigma 1000 RCS k 1 38e 23 Boltzman s constant To 290 标准室温 F db 2 噪声系数 in db L db 5 系统损失 in db R 70e3 100 0 距离 val 10 log10 pt tao lambda 2 sigma 4 pi 3 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 on SNR1 val 40 log10 70e3 计算 R 70km 时的 SNR 第 6 题 T 6 m clear all clc lembda 0 03 波长 fr 1200 重复频率 tra 180 pi 度到弧度的转化量 alpha 31 tra t 0 时弹舰径向与目标航向的夹角 alpha p 30 tra 导弹运动方向与目标航向的夹角 Ro 70e3 t 0 时的弹舰距离 Vs 10 舰船速度 Va 680 导弹速度 OM Ro sin alpha t 0 时 弹舰垂直距离 MP Ro cos alpha t 0 时 弹舰垂直距离 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 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 时刻弹舰径向速度 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 xlabel 时间 s ylabel 多普勒频移 hz 第 7 题 T 7 1 m 相干积累 clear all clc clf c 3e8 speed of light Te 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 2 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 30km 和 45km 之间采样 采样间隔 75m for i 1 200 for k 1 64 Ri k i R i Vr Ts k 1 end end taoi 2 Ri c echo 10 0 225 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 2 end for i 1 64 脉冲压缩 sp2 i ifft fft echo i 1024 conj Wf 1024 end for k 1 1024 相干积累 sct k abs fftshift fft sp2 k 256 end sct 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 积累结果输出 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 on dp 32 31 Be 32 1e3 figure 3 mesh r dp abs echo max max abs echo xlabel 距离 km ylabel Doppler kHz title 相干积累前的结果 T 7 2 m 非相干积累 clc clear all c 3e8 speed of light Te 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 2 Wf fft W 1024 双极点滤波器 sheta 3 db 6 4 半功率波束宽度 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 xi 2 cos wd tao k2 exp 2 xi wd tao sqrt 1 xi 2 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 45km 之间采样 采样间隔 75m for i 1 200 for k 1 64 Ri k i R i Vr Ts k 1 end end taoi 2 Ri c echo 10 0 275 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 2 j 2 pi rand ones 1 200 end for i 1 64 脉冲压缩 sp2 i ifft fft echo i 1024 conj Wf 1024 end for i 1 1024 用双极点滤波器进行非相干积累 isct i conv sp2 i h end for k 1 1024 sct k abs fftshift fft isct k 256 end sct 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 积累结果输出 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 Doppler kHz title R fd 等高线 grid on dp 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 二二 翻译翻译 11 2 比幅单脉冲比幅单脉冲 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 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 在图中四个象限表示四个波束 在这种情 况下 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 个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 压核信道的电压 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差 通道 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 我们获得一个 更强的仰角差信号 同样 通过首先形成和的形式 A B 和 D C 然 el 后计算 A B D C 的差 一个更强的方位角差信号 也产生了 az 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的 我们 将会假设一个 为天线的单独的一部分和斜角 归一化的加信号sin 0 方位角或仰角 如下所示 11 7 00 00 sin sin 图 11 10 简单比幅单脉冲雷达框图 而归一化的差信号为 11 8 00 00 sin sin MATLAB 函数 mono pulse m 函数 mono pulse m 的功能是实现等式 11 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 MATALB 函数 mono pulse m 程序如下 function mono pulse phi0 phi0 为跟踪轴偏离波束轴的偏角 eps 0 0000001 angle pi 0 01 pi y1 sinc angle phi0 y2 sinc angle phi0 ysum y1 y2 计算和模式天线方向图 ydif y1 y2 计算差模式天线方向图 figure 1 plot angle y1 b angle y2 r grid xlabel 方位 弧度 ylabel 斜视模式 figure 2 plot angle ysum k grid xlabel 方位