雷达原理实验报告(哈工程)

实验报告实验课程名称：雷达原理：班级：电子信息工程4班学号：实验名称规程度原理叙述实验过程实验结果实验成绩雷达信号波形分析实验相位法测角实验接收机测距和灵敏度实验目标距离跟踪和动目标显示实验平均成绩折合成绩注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和2、平均成绩取各项实验平均成绩3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合2017年5月雷达信号波形分析实验报告2017年4月5日班级电子信息工程4班评分一、实验目的要求1.了解雷达常用信号的形式。2.学会用仿真软件分析信号的特性。3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。二、实验原理为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2其中S：目标距离；T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；C：光速。三、实验参数设置载频围：0.5MHz脉冲重复周期：250us脉冲宽度：10us幅度：1V线性调频信号载频围：90MHz脉冲重复周期：250us脉冲宽度：10us信号带宽：14MHz幅度：1V四、实验仿真波形00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲1.03561.03571.03581.0359x10-3-101时间/s幅度/v连续波00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲调制-4-2024x107012x104频率/MHz幅度/dB脉冲频谱图-4-2024x1070510x104频率/MHz幅度/dB连续波频谱图-4-2024x107012x104频率/MHz幅度/dB脉冲调制频谱图00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲8.2628.26258.263x10-4-101时间/s幅度/v连续波00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲调制-4-2024x107024x104频率/MHz幅度/dB脉冲频谱图-4-2024x1070510x104频率/MHz幅度/dB连续波频谱图-4-2024x107012x104频率/MHz幅度/dB脉冲调制频谱图02004006008001000-500500500100015002000050100五、实验成果分析实验中用到的简单脉冲调制信号的产生由脉冲信号和载频信号组成，对调制信号进行线性调频分析，得到上面的波形图。改变载频、信号带宽，线性高频结果会有很大变化。由频谱特点可知线性调频信号可以扩展雷达信号的频谱，很容易获得较大的信号处理增益，从而降低了雷达发射信号峰值功率，是一种十分有效的低截获概率雷达信号，在抗干扰性方面，是一种具有良好的抗干扰性能的信号形式。六、教师评语教师签字050010001500200025003000-505050010001500200025003000-505-50050-50050频率/MHz功率/dB-100102030-20020406080时间/us功率/dB相位法测角实验报告年月日班级评分一、实验目的要求1.了解雷达常用测角方法。2.学会用仿真软件验证测角算法。3．能够设计并仿真测角解模糊程序。二、实验原理1.利用了相位法测角的数学模型2.利用MATLAB软件编写单基线测向算法和比幅法解模糊程序相位法测角利用了多哥天线所接收回波信号之间的相位差进行测角；振幅法测角利用了天线收到的回波信号幅值来做角度测量，该幅值的变化规律取决于天线方向图及天线扫描的方式。振幅测角法可以分为最大信号法和等信号法。三、实验参数设置1载频围：3.5GHz2短基线长度0.083长基线长度0.4四、实验仿真波形-30-20-100102030-1-0.500.51目标角度/°相位差/*短基线相位差与角度关系-30-20-100102030-1-0.500.51X:6.141Y:0.9984目标角度/°相位差/*长基线相位差与角度关系-30-20-100102030-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81目标角度/°相位差/*相位差与角度关系短基线相位长基线相位-30-20-100102030-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81目标角度/°相位差/*相位差与角度关系短基线相位长基线相位-30-20-100102030-1-0.500.51目标角度误差/度短基线测角精度误差-30-20-100102030-0.2-0.100.10.2目标角度误差/度长基线测角精度误差五、实验成果分析由理论计算长基线最大测角为6度9分，matlab仿真中长基线最大测角为6.141度(如图二),验证理论与仿真相互验证，由误差图可以看出短基线测角精度明显高于长基线测角精度。但两种测量方法的测角误差都不大，都不到1度的误差。六、教师评语教师签字雷达测距和接收机灵敏度实验年月日班级评分一、实验目的要求1．掌握目标回波测距的方法。2．雷达回波信号能量变化对接收机输出的信号的幅度（包络）的影响。3．掌握切线灵敏度的定义。二、实验原理1．距离测量。雷达工作时，发射机经天线向指定空间发射一串重复周期的高频脉冲。如果在电磁波传播的路径上有目标存在，那么雷达可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达和目标之间，它将滞后于发射脉冲一个时间rt。如图3.1示电磁波以光速传播，设目标的距离是R，则传播的距离为光速乘以时间间隔，即2．切线灵敏度。在某一输入脉冲功率电平的作用下，雷达接收机输出端脉冲与噪声叠加后信号的底部与基线噪声（只有接收机噪声）的顶部在一条直线上（相切），则称此输入脉冲信号功率为切线信号灵敏度TSSP。对于单脉冲雷达信号，则有,其中，A是输入信号的幅度，R为接收机阻。本实验仪接收机阻为50欧姆。三、实验参数设置本实验的可变参数为目标回波幅度的衰减百分比。初始衰减值为0。每按一次参数按钮，衰减增加5％，直到衰减百分比的最大值95％后又从初始值开始。四、实验数据以及结果衰减为95%时，Um/mV20.019.217.722.421.6Uv/mV17.620.418.820.018.4目标回波幅度衰减百分比与回波延时：幅度衰减51015202530回波延时/us33.0066.8099.20132.4165.4197.6五、结论以及讨论1．根据记录回波的时延，计算目标回波距离。目标回波时延：tr=25us，根据公式R=C*tr/2计算得回波距离R为3.75km。2．距离分辨率为多少？距离分辨率，实验测得目标回波脉冲宽度为240ns，代入距离分辨率公式得到约为36m。3.目标回波输入信号的幅度改变，示波器输出信号有何变化？由数据表格及根据表格做出的波形图可以看出，示波器输出信号幅度随目标回波输入信号的幅度衰减的增大而减小。4．雷达的切线灵敏度是多少？接收机灵敏度为：95。5.基线噪声电压峰值Un和满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值Um是否相同？为什么？基线电压峰值Un小于满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值Um,因为Un只是接收机噪声而Um不仅包含接受机噪声还包含外界干扰噪声所以UnUm。六、教师评语教师签字目标距离跟踪和动目标显示实验年月日班级评分一、实验目的要求1．掌握距离跟踪的原理。2．熟悉截获条件和失捕条件的含义。3．掌握动目标显示的基本原理。4．熟悉一次相消和二次相消的概念。二、实验原理1．距离自动跟踪系统距离自动跟踪系统包括对目标的搜索、捕获、距离跟踪和失捕四个互相联系的部分。搜索是指目标在整个雷达测距围，依次对各目标单元进行检测，判断该单元是否有目标存在。如果在某个单元检测时满足跟踪的条件，确定该单元有目标存在，认为已经捕获到目标，开始对该单元的目标进行跟踪。跟踪时，保证距离跟踪波门自动跟踪目标，连续测量目标距离。在跟踪的过程中，一旦在某个单元跟踪时满足失捕条件，认为丢失目标，雷达重新开始搜索。2．截获条件和失捕条件雷达处于距离搜索状态时，如果在同一距离单元处的n个脉冲里有d次检测到目标回波，就认为该位置处有目标，雷达由搜索状态转换到跟踪状态。其中d/n被称为截获条件。雷达处于距离跟踪状态时，如果在距离波门n个脉冲数目里有m次没有检测到目标回波，就认为丢失目标，雷达由跟踪状态转换到搜索状态。其中m/n次就认为是失捕条件。3．动目标的回波设载频为0，重复周期为rT，脉冲宽度为的单脉冲雷达发射信号为，斜距为R，径向速度为rv的目标回波信号相对发射信号有一延时rt满足，回波信号与发射信号间存在高频相位差，产生的频率差为，其中df称为多普勒频率。零中频混频后，得到正交两路IQ信号分别为，对于固定目标，多普勒频率为0，所以输出为包络恒定的电平。回波脉冲的包络调制频率为多普勒频率。动目标和固定目标的I路输出波形如图3.6示。4．动目标显示原理在检波器的输出端，固定回波是一串振幅不变的脉冲，而运动目标是一串振幅调制的脉冲。消除目标最简单的办法就是相邻重复周期的信号相减。幅度固定的目标回波信号相减后相互抵消；而幅度变化的运动目标回波相减后输出相邻重复周期振幅变化的部分。一次数字相消器一次数字相消器如图3.7所示三、实验参数设置1.目标距离跟踪试验实验中有三个进程。分别对应不同的失捕条件。默认进程为进程1。每个进程中可变参数都是截获条件。本实验中统计的脉冲总数n=16。d初值为6。每按一次参数按钮，d加1。d的最大值为15。改变参数值按确认后，观察跟踪情况和失捕情况。改变不同的进程，也就是换不同的失捕条件，改变参数d的值，重新观察跟踪情况和失捕情况，估计出跟踪时间和搜索时间的变化和差异。2.动目标显示（MTI）实验该实验中有两个进程，进程1是一次相消器实验，进程2是二次相消MTI实验，当设置为进程1时，按确认后观察包络信号和积累信号，测量对应包络信号有目标处相消器输出信号的幅度。当设置为进程2时，可变参数是二次对消的系数，初始值为1.5，每按一次按钮，系数加0.1.二次相消系数的最大值为2.5，改变参数确认后观察包络信号和积累信号，测量对应包络信号有目标处相消器输出信号的幅度。四、实验数据以及结果图一：跟踪情况和失捕情况二次相消系数与目标幅度测试二次相消系数1.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.5固定目标幅度0.40.280.16000000.20.20.32运动目标幅度2.481.521.782.081.001.802.364.561.561.320.96五、结论以及讨论1．运动目标的回波有什么特点？运动目标回波受杂波的影响比较大，当运动目标回波和杂波在雷达显示器上同时显示时，会使目标的观察变得困难。由于运动目标的速度不同而引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，所以可以从频率上区分不同速度目标的回波。2．在什么条件下，雷达跟不上目标？雷达处于距离搜索状态时，如果同一距离单元处的n个脉冲数目里有d次检测到目标回波,就认为该位置处有目标，如果目标运动速度足够快使雷达在同一距离单元处的n个脉冲里检测到目标的次数小于d则雷达无法跟上目标。3．目标起伏对于跟踪的影响。目标的起伏对目标的搜索、捕获、距离跟踪有较大的影响。目标起伏越大，会使目标的发现概率降低，距离自动跟踪系统在整个雷达测距围难以实现搜索、捕获；在距离跟踪过程中也容易失捕。4．分析失捕条件和截获条件对于雷达工作状态的影响。若失捕条件中的m太小会使雷达长时间保持在跟踪状态，若截获条件中的n太大会使雷达不容易发现目标长时间保持在搜索状态。5．在一次相消的工作方式下，动目标和静目标的包络信号和检测输出信号有什么特点？动目标的包络信号是移动的，在相位检测输出端，动目标回波是一串振幅调制的脉冲；固定目标的包络信号是不动的，静目标回波是一串振幅不变的脉冲。在一次相消的工作方式下，因为幅度固定的目标回波信号相减后相互抵消，而幅度变化的运动目标回波相减后输出相邻重复周期振幅变化的部分。所以检波输出信号只有动目标没有静目标。6．二次相消参数有什么意义，对信号波形有何影响？当二次相消系数在一定围