哈工大无线定位原理与技术实验报告.doc

无线电定位原理与技术实验报告 课程名称：无线电定位原理与应用院系：电子工程系 班级：1305203姓名：黄晓明、大头光学号：指导教师：张云实验时间：12周周二，13周周二实验成绩：电信学院 实验一 调频法测距实验2.1 实验要求1.掌握调频法测距原理 2.利用给定的仿真信号通过MATLAB编程计算线性调频信号的参数（带宽，中心频率，时宽，调频斜率）并计算目标的距离。2.2 线性调频脉冲测距实验雷达发射的连续线性调频信号与目标反射回波如图2-2所示图2-1 线性调频信号与反射回波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3.3 I Q正交双通道图3-5 IQ 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/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3图43.5 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);plot(0:1/2048:511/2048,Q);title(Q路信号);xlabel(时间/s);ylabel(幅度);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);title(雷达测速数据处理结果);xlabel(频率/Hz);ylabel(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*108/(24.15*109) %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3.1 实验要求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:UsersLenovoDesktopEXPERIMENT_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.*Hfigure(1);plot(n*fs/N,G);title(输出信号频谱);figure(2);g=abs(ifftshift(ifft(G,N);value=max(g);g=g/value;gx=20*log10(g);plot(t,gx);title(输出时域波形);figure(3);subplot(211);plot(t,h);title(系统函数时域波形);subplot(212);plot(n*fs,H);title(系统函数频谱);3.1.3实验结果 图 3-1图3-2 图3-33.1.4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。 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。3.2.1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）。代码如下：f1=load(C:UsersLenovoDesktopEXPERIMENT_3_DATA.txt);f11=f1(:,1).;f12=f1(:,2).;fa=f11+j*f12;for m=1:400 fb(400-m+1)=f11(m)-j*f12(m);endfs=40000000;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);figure(1);plot(n*T,fcx);title(输出时域波形);figure(2);plot(n*fre,Fc);title(输出频域波形);m=1:400Fa=abs(fftshift(fft(fa);Fb=abs(fftshift(fft(fb);figure(3);subplot(211);plot(m*T,fa);title(输入信号时域波形);subplot(212);plot(m*fre,Fa);title(输入信号频域波形);figure(4);subplot(211);plot(m*T,fb);title(参考信号时域波形);s