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：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；脉压和FFT后的表达式；给出雷达脉压后和MTD（FFT加窗和不加窗）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和FFT输出的SNR、时宽和带宽，是否与理论分析吻合；仿真说明脉压时多卜勒敏感现象和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；仿真出距离分辨和速度分辨的情况。1、矩形脉冲自相关函数自相关函数：)]()([),(2*121tstsEttRS2、混频后的信号回波视频表达式：tfjrdetftActS20)](2cos[)()(混频后的信号：tfjdetActs2)()(时延：cR/2将原始信号循环移位，移位的长度为，再乘以多普勒频移2djfte，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和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)(S，接收机传递函数为)(H。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是与输入端接收信号的复共轭，即：)()(*SH，那么)()()(*SSG。频域中函数的复共轭等于时域中对应信号的反转，所以：dttg)(s)(s)(-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、FFTFFT后的表达式：()()jtSRtedt图图X轴视图图重排后FFT图重排后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、脉压和FFT输出的SNR增益，时宽和带宽(1)脉压输出的SNR增益，时宽和带宽脉压信号增益=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[脉压后时宽62us，带宽(2)FFT输出的SNR增益：理论值=10log40=！从图中可以读出FFT后的总信噪比增益为，则FFT级增益==，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：mc127502/*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：30000m=2/*Tc）2、速度分辨率速度分辨率：(1/fd)T*PulseNum，Vf=c/(2*fc*T*PulseNum)=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：2/maxrdff，vmax=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，但是，并不是无限下降，存在最小值，这就是多普勒敏感现象和多普勒容限。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10msclearall;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(PulseNum50)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,]);[r,lags]=xcorr(s,s(1:round(T/Ts)));subplot(212)plot(lags,r)axis([0,*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1v2=20;R2=10000;%目标2fd1=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)T*PulseNumdelay_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1st2=st2.*exp(1i*2*pi*fd2*t);%加入多普勒频移2L=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:Nmy1(i,k)=m1((i-1)*N+k);endendfori=1:(PulseNum+1)fork=1:Nmy2(i,k)=m2((i-1)*N+k);endendtd=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:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft));st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i));endfori=1:Nst_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i),Nfft));st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i));endfsd=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:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i).*w,Nfft));st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i));endfori=1:Nst_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i).*w,Nfft));st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i));endfigure(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/m');ylabel('速度m/s');D2=st_fft1(1:Nfft,round(2*R1/c/Ts));%%单目标速度视图y=(-fsd/2:fsd/Nfft:(fsd/2-fsd/Nfft))*c/2/fc;figure(7);plot(y,20*log10(D1));xlabel('速度m/s');ylabel('幅度/dB');title('单目标MTD的速度视图（不加窗）');%%多普勒敏感现象m=linspace(0,2,20);n=[,,,,,,,,,,,,,,,,,,,];figure(8);plot(m,n)xlabel('多普勒频率/fr倍数');ylabel('主瓣峰值/dB');title('多普勒敏感现象');