雷达信号matlab仿真要点

1、雷达系统分析大作作 者： 陈雪娣 学号：0410420727距离分辨率：cR150m2Bm1.最大不模糊距离:Ru,max2.天线有效面积:2G4 :二 0.0716m2半功率波束宽度:3db二 6.43.模糊函数的一般表示式为25； fd )=GOs(t s*(t + ej2jfddt对于线性调频信号s( t) =Rect则有:tt + f RectRect-COlTpTpTp丿、sinr沢(X + fd )TpTP丿丿x (吐 + fd)TpTp丿1TTP分别令 =0, fd =0 可得 0; fd 2,;0 2sin 二 fdTp二 fdTp程序代码见附录TpI Tp丿1的T_3.m,仿

2、真结果如下：1T8 6 4 do._2_2_模糊函数等高线-0.61 I IIIIIIIIIill-1008口-B0-40-200204060 B0 100Delay - |s0.300.90.80.7速度模搠函数0.20.1-1-00 fl.6 -0 4-0.2002040.60.0Dgppler- MHz模糊函数射b的等高线-1000-60*40-200204060 BO 100Delay - p.s程序代码见附录1的T_4.m,仿真结果如下：接有加宙的脉冲压缩输岀Q& 06Q 日11 2II .415 1BI -seconds加窗的脉冲压縮輛出脉冲压缩输出对比通过比较得知，加窗后的主副瓣

3、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。4. 由雷达方程PG? e （4）3KT0LFR4计算可得SNR = 196.55 40logR db作图输出结果如下，程序代码见附录 1的T_5.m测R与距离的关系120iIiii-iiiaIpIaIIbI4liIiii|iI4VIisi100 1 ri!-在R=70km时，计算得单个脉冲的 SNF=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Do(1)SNR=9.4413因此要达到要求就需要10个以上的相参脉冲

4、进行积累。可求得可积累脉冲数为:二 3dbfr256其中，剧为天线的搜索速度等于30/s. fr是重复频率为1200hz.故满足要求.5. 设t时刻弹舰径向与目标航向的夹角为a(t),目标偏离弹轴方向的夹角为一：(t),在t=0 时，(o) = ： = 31,：( 0) = ： = 1.由几何关系知，OM = R sin MP 二 Rcos-经t秒后，M P = MP -Vst -Vatcos：OM OM -Vatsin ：(t) = arcta nOMM PUR(t)二OM sin ： (t)OM -Vatsin ：sin (t)Vd 二 Va cos (t) Vs cos (t)又因为co

5、s : (t) = cos(: (t) - ：)二 cos (t)cos： sin： (t)sin ： 气31cos： (t) -sin： (t)22i 431故 Vd =Vacos： (t) sin： (t)Vscos： (t)22sin： (t)2fd(t)Vd 二弓Va Vs COS： (t)i 2iVa Vs cos： (t)】sin: (t)2 2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 R(t)和回波信号的多普勒频率fd (t).仿真程序代码见附录1的T_6.m.实验结果如下：启由仿真结果可知，fd(t)的变化不大，这表明相对速度的变化不大，同时可求得Vd 688 m

6、/ s.6. (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 Vd二688m/s仿真程序代码见附录1的T_7_1.m.实验结果如下:相干机票希出特峯相干爭累前的结果D叩plmr- kHz1OT 40距国加0.G-.DopplerkHz1COO 40距夏km-SOO距离km相干积累前后的信噪比情况如下图所示:相千积累命由仿真结果知，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

7、它的频域响应：k2 二 exp -2 飞 / ,1 - 2其中 匕=2exp - d / J 一 2 cos( d )k2 = exp -2 d / 1 - 2式中：F； =0.63, N =2.2，N是半功率波束宽度仿真程序代码见附录1的T_7_2.m.实验结果如下：非柑干积黑前的结果Dopplei- kH2一呗 刀距离加DE、非相干积杲谛出结臭0 6-.Dnppler kHz 1Q0 20距离加口-fM等高线Mssdds距离km非相干积累前后的信噪比情况如下图所示:非相千积枣前罪相干积事骗出100200200400007DQ 800 9QD 1000由仿真结果知，积累前匹配滤波器的信噪比为

8、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 allclcclftaup=1; %脉冲宽度 100usb=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 xlab

9、el(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 onN_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) xl

10、abel(Delay - mus) ylabel(| chi ( tau,0) |) title( 时间模糊函数 ) grid onN_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)取 6db 点的位置维 坐标变换 时间维 坐标变换 的等高线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)

11、0.09); % I=(I-b/.01)/(1/.01); %Doppler J=(J-1.1*taup/.01)/(1/.01); % figure(5) %6db 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_dow n=-1正斜率，up_dow n=1 负斜率e

12、ps=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:bj=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脉冲带宽eps = 1e-10;Te=100e-6;

13、% 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*t42); %脉冲压缩前的线形调频信号yfft = fft(y,Nf) ;h=zeros(1,Ns);for i=1:Nsh(i)=conj(y(Ns-i+1);endhfft= 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 +

14、 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;

15、 % 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 onfigure(2)plot (tt,ycomp_w1_db(1:2*Ns),r)axis(.2*Te 1.8*Te -60 0

16、) xlabel (t - seconds );ylabel( db)title( 加窗的脉冲压缩输出 ) grid onfigure(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%与距离的勺关系%clear all clc eps=1e-10;c = 3.0e+8; % speed of lightl

17、ambda =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 dbsigma=1000; %RCSk=1.38e-23; % Boltzmans constantTo=290; % 标准室温F_db=2;% 噪声系数 in dbL_db=5; % 系统损失 in dbR=70e3:-100:0; % 距离val=10*log10(pt*tao*lambdaA2*sigma)/(4*piF3*k*To)+2*G_db-F_db-L_db;SNR=val-40*log10(R);fig

18、ure(1)plot(R./1e3,SNR)title(SNR 与距离的关系 )xlabel( 距离 - km)ylabel(SNR - db)grid onSNR仁val-40*log10(70e3)% 计算 R=70kmfl寸的 SNR% 第 6 题 :% T_6.mclear allclclembda=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 alpha_p=30/tra;% Ro=70e3; % t=0 Vs=10; % Va=680; %时弹舰径向与目标航向的夹角导弹运动方向与目标航向的夹角

19、时的弹舰距离舰船速度导弹速度时 弹舰垂直距离 时 弹舰垂直距离OM=Ro*sin(alpha); % t=0MP=Ro*cos(alpha); % t=0 % 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.

20、*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 allclcclfc=3e8; % speed of lightTe=100e-6; % 发射脉冲宽度Be=1e6; % 带宽 mu=Be/Te;

21、% 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*t42);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 75mfor i=1:200for k=1 :64Ri(k,i)=R(i)-Vr*Ts*(k-1);endendtaoi=2*Ri/c;echo=10A0.225*0.707*(ra ndn (64,102

22、4)+j*ra ndn (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,:).A2);endfor i=1:64% 脉冲压缩sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),1024);endfor k=1:1024% 相干积累sct(:,k)=abs(fftshift(fft(sp2(:,k),256);endsct=sct./max(max(sct);% 归一化 s

23、p=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 -

24、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clcclear allc=3e8; % spe

25、ed of lightTe=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*t42);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_

26、tao/sqrt(1-xiA2)*cos(wd_tao); k2=exp(-2*xi*wd_tao/sqrt(1-xiA2);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 75mfor i=1:200for k=1 :64Ri(k,i)=R(i)+Vr*

27、Ts*(k-1);endendtaoi=2*Ri/c;echo=10A0.275*0.707*ra ndn (64,1024)+j*ra ndn (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,:).A2 . +j*2*pi*rand*ones(1,200);endfor i=1:64% 脉冲压缩sp2(i,:)=ifft(fft(echo(i,:),1024).*conj(Wf),

28、1024);endfor i=1:1024 % 用双极点滤波器进行非相干积累isct(:,i)=conv(sp2(:,i),h);endfor k=1:1024sct(:,k)=abs(fftshift(fft(isct(:,k),256);endsct=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)yl

29、abel( - 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=

30、(-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 翻译11.2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

31、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

32、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

33、道分别被称为加通道，仰角差通道和方位角差 通道。仰角误差方位角误差加通道图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，,el。同样，通过首先形成和的形式(A+B)和(D+C)然后 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

34、何形成的，我们 将会假设一个sinr为天线的单独的一部分和斜角:0。归一化的加信号(方位角或仰角)如下所示sin( - 0)sin(0)： - ;：o(11.7)图11.10简单比幅单脉冲雷达框图而归一化的差信号为sin( - )0sin( 0)p + p0(11.8)MATLAB 函数“ mono_pulse.m”函数“mono_pulse.mf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：% phi0 为跟踪轴偏离

35、波束轴的偏角% 计算和模式天线方向图% 计算差模式天线方向图function mono_pulse(phi0) eps = 0.0000001;angle = -pi:0.01:pi;y1 = sinc(angle + phi0); y2 = sinc(angle - phi0); ysum = y1 + y2;ydif = -y1 + y2;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(弧度) ) ylabel (和模式 )figure (3)plot (angle,ydif,k);grid;xlabel (方位(弧度)ylabel (差模式)an gle = -pi/4:0.01:pi/4;y1 =