1、 随机信号处理仿真报告学院：电光学院姓名：赖佳彬学号：116104000585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（-35dB10dB），目标速度可变（01000m/s），目标距离可变（010000m），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
2、；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*121tsEtRS2、混频后的信号回波视频表达式： tfjr detftActS20)(2os)()混频后的信号： tfjdetts(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 ，并加上高斯2djfte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
3、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 ，接收机传递函数为 。如果接收机与)(S)(H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： ，那么 。)(*SH)()(*G频域中函数的复共轭等于时域中对应信号的反转，所以：将原始信号的单个周期取反后与混频后的回波信号dttg)(s)(-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： ()()jtSRed图 4.1图 4.2 X 轴视图图 4.3 重排后 FFT图 4.4 重排后 FFT 的速度视图（不加窗）加窗
4、后旁瓣减小，对旁瓣有良好的抑制效果！图 4.5 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*log0.000085/(0.001864-0.001802)=10*log(1.37)=1.37dB脉压后时宽 62us，带宽 16.13kHz(2)FFT 输出的 SNR 增益：理论值=10log40=16.02dB ！从图中可以读出 FFT 后的总信噪比增益为 77.84-52.57=25.27dB
5、，则FFT 级增益=25.27-10=15.27，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： mc12750/*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： ）30m=2/*Tc2、速度分辨率速度分辨率：(1/fd)T*PulseNum ，Vf=c/(2*fc*T*PulseNum)=1.8750m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
6、速度（速度模糊： ，vmax=37.5m/s ）2/maxrdf7、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：-3510dB；目标速度：01000m/s；目标距离：010000m%相干累计总时宽：不大于 10msclear all;close all;clc;c=3e8;fc=10e9; %载频fs=3e6; %采样率Ts=1
7、/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,
8、-1,1.5);r,lags=xcorr(s,s(1:round(T/Ts);subplot(212)plot(lags,r)axis(0,2.4*104,-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=roun
9、d(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=
10、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(A2/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);plo
11、t(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
12、);subplot(212);plot(tmy,real(m2);title(双目标脉压图);for i=1:(PulseNum+1)for k=1:Nmy1(i,k)=m1(i-1)*N+k);endendfor i=1:(PulseNum+1)for k=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,
13、real(my2);title(双目标的距离门重排 );% 重排后进行 FFT（不加窗）Nfft=512;for i=1:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft);st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=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
14、:(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(Pul
15、seNum+1);for i=1:Nst_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i).*w,Nfft);st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=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);yla
16、bel(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=78.70,77.51,76.85,75.42,74.46,72.46,70.00,65.85,58.19,48.30,59.02,61.94,64.10,64.22,64.18,63.35,62.00,59.46,59.17,48.06;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);
