雷达系统设计仿真报告

三种雷达系统设计仿真报告姓名：吴凯学号：1202110171电话：[phone]email：[e-mail]报告内容本报告包含三部分内容，第一部分是“某地面制导雷达系统设计”，第二部分是“某末制导雷达系统设计”，第三部分是“某阵列雷达信号处理”。下面列出，这次作业我存在的一些疑问，以及自己最终没法解决的几个问题。1、在第二个“末制导雷达系统设计”的最后一步，求低通滤波器中频正交采样的镜频抑制比曲线时，我按照书上183面图5.3的流程，但我得到的结果总是不对，我一直分析这个问题，但始终没法解释，为什么我得到的结果远没有书上188面的那么好？2、我在用MontoCarlo分析测角误差时，得到均方根误差效果远比书上的好，我也想不明白，同样的参数，应该不会有那么大的差异。3、在最后一部分“某阵列雷达信号处理”中，采用的是老师给定的回波信号。我的疑问是老师如何产生的回波信号？根据书上给定的条件，我觉得只能得到杂波的功率谱特性，但是如何反映到时域波形上呢？4、在用老师给定的信号数据进行处理时，我在脉压的时候耽误了很久，因为我想相同的数据，处理的结果应该跟老师书上给的结果相差不大，但是一开始我总是得不到老师书上的样子。后来我才发现，问题在脉压系数上。通常脉压系数都是原线性调频信号的共轭反转，但是，再利用老师给的数据进行处理时，不用共轭，只需反转即可。我想着应该跟陈老师您采用的LFM信号形式有关，您产生数据时线性调频基带信号的指数项上应该是负的2()jtxteπμ−=，不知道我的猜想对不对？某地面制导雷达系统设计第一个设计的参数和具体步骤书上给的都十分详细，这里只是给出我的仿真结果，并做相应的解释。首先给出的是8脉冲相干和非相干积累与不积累时，导弹和飞机的信噪比SNR与距离R的关系曲线。由于飞机的RCS大于导弹，故两者在整体趋势一致的情况下，只是在SNR值上有一定的差异。图中黑线，给出了导弹和飞机的最大作用距离，可以看出，导弹和飞机在最大作用距离处，信噪比在积累后都能满足检测要求，即SNR15dB。050100-5051015202530354045MISSILEdistance/km8pulsesNCI8pulsesCISinglepulse050100010203040506070distance/kmPLANE8pulsesNCI8pulsesCISinglepulse下面给出线性调频信号的3维模糊函数波形。关于更多的模糊函数的仿真，在设计二里给出，这里先不做其他说明。下面讨论脉压对目标分辨的作用。先给出了SNR为0的回波信号，和采用的不加窗原始脉压系数的时域波形。01000200030004000-4-2024RangeGateecho50100150200250300-0.500.51RangeGatePCCoeff.30上图给出了回波信号脉压的结果，所采用的没有加窗的简单脉压，可以看见，75km和75.15km处的两目标可以很好的分辨开来。下面给出加taylor窗，旁瓣05010015001020Dis/km7475767712141618202224Dis/km为-30db时的脉压结果。可以看出，旁瓣的降低是以波瓣展宽为代价的，但我们下面分别给出当导仍能分清两个目标。此，第一个地面制导雷达系统设计仿真完毕。30弹和飞机进入雷达时杂波的RCS随距离的变换。最后给出了单个脉冲回波的CNR，SNR，SIR与距离的关系曲线。左侧为导弹的结果，右侧为飞机的结果。可以看出CNR，SNR，SIR的变化是与各自的RCS变换趋势相一致的。至05010015001020Dis/km7475767712141618202224Dis/km20406080100-50510Dis/kmCRCS/dBsmMISSILE520406080100-10-50Dis/kmCRCS/dBsmPLANE20406080100-200204060Dis/kmdBMISSILESNRCNRSIR602040608010002040Dis/kmdBPLANESNRCNRSIR某末制导雷达系统设计某弹载雷达系统要求：不模糊探测距离80km；工作比不超过20%；波长λ=3cm；天线等效孔径D=0.25m(直径)；噪声系数F=3dB；系统损耗L=4dB；天线波束宽度θ3dB=6°；目标的RCS:σ=1500m2。弹目之间的相对运动关系如图。目标航速Vs=15m/s，导弹运动速度Va=600m/s，目标航向与弹轴方向之间的夹角为α′=30°，目标偏离弹轴方向的角度为β=1°，则在舰船位置P，导弹对目标视线与目标航向的夹角α=α′+β。从t=0时刻开始，导弹从O向O’位置运动,目标从P向P’位置运动。工作状态距离(km)脉冲重复周期(μs)脉冲宽度(μs)调频带宽(MHz)距离分辨率(m)脉压比相干积累脉冲数搜索30~80800160164跟踪3~304001010321．采用线性调频脉冲信号，推导信号的模糊函数，并画出|χ(τ,fd)|、|χ(τ,0)|、|χ(0,fd)|图形，|χ(τ,fd)|的-4dB切割等高线图（选做：指出-3dB的时宽或带宽）。线性调频信号的复包络为：2()()jtutateπμ=其中为矩形脉冲函数，是脉冲宽度。正型模糊函数的定义为：()1,(/2)attT=≤T2*(,)()()djftdfututedtπχττ+∞−∞=+∫将上述线性调频信号的复包络带入模糊函数定义式得：()()222221(,)()()1()()ddjtjftjtdjftjtttfrecterecteedtTTT−∞tterectrectedtTTTπμτππμπμτπμτχττ+∞−++∞−−−∞+=+=∫∫为最终化简的线性调频信号的模糊函数：sin[()()](1),()()(,)0,dddfTTTfTfTτπμτττπμττχττ⎧−−−⎪−−=⎨⎪⎩右图给出了三维模糊函数。由二维模糊函数容易得到时间维和多普勒维的模糊函数。当df为0时，距离模糊函数为：sin[()](,0)(1),()TTTTτπμττχττπμττ−=−−当τ为0时，得到速度模糊函数为:sin[]dddfT(0,),fTχτ=下图给出了单维模糊函数的图像，其实可以简单的将每一维看成是上图三维在xoz和yoz面上的投影。fTππ综上，-100-50050100-60-40-200tao/usdidBstanceambiguity0-1-0.500.51-60-40-20fd/MsdBDopplerambiguity4dBcontour右图给出了模糊函数的等高线图。即在xoy面上的投影图。左图给出了等高线的整体趋势，右图画出了4dB等高线图，右上图时4dB等高线图的整体趋势，右下图将其放大并进行了幅度标注，该幅度是归一化的幅值，说明了所在的等高线是-4dB计G。fd/MHzτ/μscontourpic-101150等高线。2.算天线的有效面积Ae和增益220.05()2eDAmπ⎛⎞==⎜⎟⎝⎠2224eAGπ⎛⎞==0.250.03Dππλλ×⎛⎞=⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠3.若接收机的带宽B=10.3MHz，输出中频fIF=60MHz，线性动态范围DR-1=60dB电平、增益。（2）选择合适的A/DC，估算A/D噪声对系统噪声系数的影响。（1）接收机的临界灵敏度为：dB接收机输入端的最大信号（即1dB增益压缩点输入信号）功率电平为：电平、增益。（2）选择合适的A/DC，估算A/D噪声对系统噪声系数的影响。（1）接收机的临界灵敏度为：min11410lg()114310lg(10.3)101()SFBdB=−++=−++≈−接收机输入端的最大信号（即1dB增益压缩点输入信号）功率电平为：1min11016041()in，A/DC的最大输入信号电平为2Vp-p（峰峰值，50Ω负载），（1）计算接收机的临界灵敏度Smin、输入端的最大信号功率电平、最大输出信号功率2Vp-p（峰峰值，50Ω负载），（1）计算接收机的临界灵敏度Smin、输入端的最大信号功率电平、最大输出信号功率min11410lg()114310lg(10.3)101()SFB=−++=−++≈−1min11016041()inPSDRdBm−−=+≈−+=−接收机最大输出信号功率电平为：2110.01()10()10()5022ppoutVPWmW−⎛⎞====⎜⎟⎝⎠dBm因此接收机的增益为1110(41)51()outinPPd−−−=−−=Bm（2）接收机前端到A/D输入端的噪声功率为1015150nRPdBmdBmdBm=−+=−-150-100-50050100-101-1000100630960.630960.63096fd/MHzτ/μslocalzoomofupper4dBcontour100.0550.060.06599.5折算到的A/D输入阻抗上的均方噪声电压为72A/D的均方噪声电压为50R=Ω2(50/20)100.001505.010()nRnRVPRV−−==××=×2220/(1022SNRppnADVV−=×)，SNR为A/D的信噪比（可以从器件手册上查到）。根据中频正交采样定理，要求A/D的采样率为04240()2121sffMmm==++Hz且要满足大于2B。因此取48sfMHz=。考虑选取两种不同位数的A/D变换器：（i）选取12位A/D变换器A/D9042时，实际A/D的SNR为62dB，则A/D的均方噪声电压为：622220/2(10)3.154810()22nADVV−−=×=×722727/5.0101.5853.154810nRnADVMVA/DC对噪声系数的恶化−−×===×量为dB显然/10lg(1)10lg()2.1165()ADFMMΔ=+−=/ADFΔ太大，是不能容忍的。因此该型号A/DC不合适。A/D9244时，实际A/D的SNR为70dB，则A/D（ii）选取14位A/D变换器的均方噪声电压为：702220/2(10)5.001510()22nADVV−−=×=×822728/5.010105.001510nRnADVMV−−×==≈×A/DC对噪声系数的恶化量为dB。4.若天线在±45°范围内搜索，扫描速度为60°/s，可积累的脉冲数N=？若要求/10lg(1)10lg()0.4()ADFMMΔ=+−=发现概率Pd=90%，虚警概率Pfa=10e-6，达到上述检测性能要求的SNR＝？在搜索状态，若采用64个脉冲相干积累，计算要求的辐射峰值功率Pt=？若取Pt=25W，计算目标回波单个脉冲和64个脉冲相干积累后的信噪比SNR与距离的关系曲线（考虑信号处理损失5dB）。（1）天线扫描速度60/vs=D，天线波束宽度为，在每个波位的驻留时间dBtvsθ==，可积累脉冲数36dBθ=Dint3/6/600.1=int3int6125012560dBrrtNfTvθ×====610faP−=（2）若要求发现概率Pd=90%，虚警概率，查表得到上述检测性能的要求的最小信噪比为。（3）若采用M=64个相干脉冲积累，计算要求的辐射峰值功率,min12.5oSNRdB=tP。根据雷达方程，单个脉冲的回波信号的信噪比'221340(4)tPGSNRkTFLRτλσπ=，M个脉冲相干积累后的信噪比为：'22PGMτλσ1340(4)tMSNRMSNRkTFLRπ=×=则要求的辐射峰值功率为：340mi'22(4)otkTFLRSNRGMπτλσ=nP经计算()12.4966()tdBPdBW=，即40101018tPW=。若取25tPW=，则目标相干积累前后的信噪比比要比积累前大，5．给出所采用信号的匹配滤波函数h(t)和H(f)，并画图。比较加窗(主副瓣比35dB)和不加窗时的脉冲压缩结果，指出主瓣宽度。有发射信号的复包络，可直接写出匹配滤波函数：SNR与距离的关系曲线如右图所示。可以清楚的看到积累后的信噪理论上会大18.618dB，因而，仿