《雷达技术》实验指导书.docx
雷达技术试验指导书99999999999999999999999信息科学与工程学院编制人：吴迪、付垚编制日期：2022-9-15试验一、雷达波形分析试验试验目的：1、了解雷达常用信号的形式2、学会用仿真软件Matlab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试验原理：雷达有两大类型：连续波CW型和脉冲型。CW 雷达连续放射无线电波，同时接收反射回波。脉冲雷达是以窄脉冲形式连续的放射无线电波，而在两次放射的间隔期间内接收回波。脉冲雷达分为两大类：一类能测量多普勒频率，称为脉冲多普勒雷达；一类不能测量多普勒频率，直接称为脉冲雷达。大多数雷达承受脉冲工作方式，主要缘由是脉冲工作方式可以避开放射机干扰接收的问题。脉冲雷达辐射的无线电波形称为放射波形，它有 4 个根本参数：（1） 载频：载频并不总是固定不变的，可以用不同方式变载频以满足特定系统或特定工作要求。（2） 脉冲宽度：脉冲宽度就是脉冲持续时间。脉冲宽度可以从几分之一微妙到几毫秒。脉冲宽度也可以用物理长度表示，即用任一瞬间脉冲穿过空间时它的前后沿之间的距离表示。（3） 脉内调制：最小脉冲长度对距离区分力的限制可以用脉内调制的方法客服。（4） 脉冲重复频率：就是雷达放射脉冲的速率，也就是每秒钟放射的脉冲数。英文：PRF，通常用 fr 表示。试验步骤：1、列出简洁脉冲调制信号和线性调频雷达信号数学模型2、利用 Matlab 软件编写雷达信号产生程序3、对信号进展频谱分析4、记录仿真结果、存储仿真波形试验内容试验参数设置：信号参数设置如下：（1） 简洁脉冲调制信号载频：85MHz脉冲重复周期：250µs 脉冲宽度：8µs幅度：1v（2） 线性调频信号载频：85MHz脉冲重复周期：250µs脉冲宽度：20µs 信号带宽：15MHz 幅度：1v试验程序：（1） 简洁的脉冲调制信号Matlab 程序：Fs=10e6; t=0:1/Fs:300e-6;fr=4e3; fo=8.5e7;x1=square(2*pi*fr*t,3.2)./2+0.5; x2=exp(i*2*pi*fo*t); x3=x1.*x2;subplot(3,1,1); plot(t,x1,”-”);axis(0,310e-6,-1.5,1.5);xlabel(”时间/s”) ylabel(”幅度/v”)title(”脉冲信号 重复周期T=250us 脉冲宽度为 8us”) grid;subplot(3,1,2); plot(t,x2,”-”);axis(0,310e-6,-1.5,1.5);xlabel(”时间/s”) ylabel(”幅度/v”)title(”连续正弦波信号 载波频率fo=85MHz”) grid;subplot(3,1,3); plot(t,x3,”-”);axis(0,310e-6,-1.5,1.5);xlabel(”时间/s”) ylabel(”幅度/v”)title(”脉冲调制信号”) grid;/*/（2） 线性调频信号Matlab 程序：Fs=10e6; t=0:1/Fs:300e-6;fr=4e3; fo=8.5e7;x1=square(2*pi*fr*t,8)./2+0.5; x2=exp(i*2*pi*fo*t); x3=x1.*x2;subplot(2,2,1);plot(t,x1,”-”); axis(0,310e-6,-1.5,1.5);xlabel(”时间/s”)ylabel(”幅度/v”)title(”脉冲信号重复周期T=250us 脉冲宽度为8us”) grid;subplot(2,2,3); plot(t,x2,”-”); axis(0,310e-6,-1.5,1.5);xlabel(”时间/s”)ylabel(”幅度/v”)title(”连续正弦波信号 再逼频率fo=85MHz”) grid;eps=0.000001;B=15.0e6;T=10.e-6;fo=8.5e7; mu=B/T;delt=linspace(-T/2.,T/2.,10001); LFM=exp(i*2*pi*(fo*delt+mu.*delt.2/2.); LFMFFT=fftshift(fft(LFM); freqlimit=0.5/1.e-9;freq=linspace(-freqlimit/1.e6,freqlimit/1.e6,10001); figure(1)subplot(2,2,2);plot(delt*1e6,LFM,”k”); axis(-1,1,-1.5,1.5);grid;xlabel(”时间/s”) ylabel(”幅度/v”)title(”线性调频信号 T=10ms B=15MHz”) subplot(2,2,4); y=20*log10(abs(LFMFFT);y=y-max(y); plot(freq,y,”k”); axis(-500,500,-80,10);grid;xlabel(”频率/MHz”) ylabel(”频谱/dB”)title(”线性调频信号 T=10ms B=15MHz”)试验结果：（1） 简洁的脉冲调制信号（2） 线性调频信号试验二、相位法与振幅法测角试验试验目的：1、了解雷达常用信号的形式2、学会用仿真软件Matlab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试验原理：雷达测角的根本方法有相位法和振幅法两大类。相位法测角多在相控阵雷达中使用。振幅法测角有最大信号法、等信号法和最小信号法。对空情报雷达多承受最大信号法，等信号法多用在准确跟踪雷达中，最小信号法已很少使用。1、相位法测角：相位法测角是利用多个天线所接收回波信号之间的相位差来对角度进展测量的。设在方向有一远区目标，则到达接收点的目标回波近似为平面波。由于两天线距离为 d，顾他们所接收到的信号由于存在波程差R 而产生一个相位差，=2R/=2dsin/图片：由于实际的测量误差与多值性问题，一般是利用三根天线测角设备，间距大的天线 1 和天线 3 用来得到高精度测量，间距小的天线 1 和天线 2 用来解决多值性问题。图片：设目标在方向，天线 1 和天线 2 之间的距离为 d12，天线 1 和天线 3 之间的距离为 d13，适中选择 d12，使天线 1 和天线 2 收到的信号之间的相位差在测角范围内满足：12=2d12sin/212 由相位计 1 读出依据要求选择较大的 d13，则天线 1 和天线 3 收到的信号相位差为13=2d13sin/=2N+13 由相位计 2 读出，但实际读数是小于 2的，为了确定 N 值，可以利用如下关系式：12/13= d12/ d1313= d1312/d12依据相位计 1 的读数12 可算出13，由于12 的精度不高，求出的只是13 的近似值，但只要12 的误差不大，就可以确定模糊数 N，用这个近似的13 除以 2取整就得到 N，再把 N 带入13 的计算公式中就可以算出13，由于d13/较大，这样求出的13 的精度就比较高。2、振幅法测角： 简单，详见教材。试验步骤：1、列出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3、记录仿真结果、存储仿真波形试验内容试验参数设置：本试验是在 PC 机上利用Matlab 仿真软件进展常用雷达信号的仿真、设计。针对所设计的雷达信号分析其频谱特性和模糊函数。信号参数范围如下：1、载频范围：3GHz4GHz2、目标角度范围：-30°30°3、天线数量：3 个4、天线间距离范围：0.05m0.3m5、回波信号 DLVA 输出幅度：02v6、两两天线相位差测量范围：-选作：雷达的目标跟踪试验程序：选作：雷达的目标跟踪源程序Matlabclc; clear;T=2;%雷达扫描周期num=100;%滤波次数%*产生真实轨迹* N=800/T;x=zeros(N,1);y=zeros(N,1); vx=zeros(N,1);vy=zeros(N,1); x(1)=-2022;y(1)=1000;vx=15;vy=0; ax=0;ay=0; var=100;%产生真实轨迹for i=1:N-1 x(i+1)=x(i)+vx*T+0.5*ax*T2; y(i+1)=y(i)+vy*T+0.5*ay*T2; end nx=zeros(N,1);ny=zeros(N,1); nx=100*randn(N,1); ny=100*randn(N,1); zx=x+nx;zy=y+ny;%滤波 50 次for m=1:num z=2:1;xks(1)=zx(1);yks(1)=zy(1);xks(2)=zx(2);yks(2)=zy(2); o=4:4;g=4:2;h=2:4;q=2:2;xk=4:1;perr=4:4; o=1,T,0,0;0,1,0,0;0,0,1,T;0,0,0,1;h=1 0 0 0;0 0 1 0; g=T/2,0;T/2,0;0,T/2;0,T/2; q=10000 0;0 10000;perr=var2 var2/T 0 0var*var/T 2*var2/(T2) 0 0 0 0 var2 var2/T 0 0 var2/T 2*var2/(T2); vx=(zx(2)-zx(1)/2;vy=(zy(2)-zy(1)/2;xk=zx(1);vx;zy(1);vy;%卡尔曼滤波开头for r=3:N; z=zx(r);zy(r); xk1=o*xk; perr1=o*perr*o”;k=perr1*h”*inv(h*perr1*h”+q); xk=xk1+k*(z-h*xk1); perr=(eye(4)-k*h)*perr1; xks(r)=xk(1,1);yks(r)=xk(3,1);vkxs(r)=xk(2,1);vkys(r)=xk(4,1);xk1s(r)=xk1(1,1);yk1s(r)=xk1(3,1); perr11(r)=perr(1,1); perr22(r)=perr(2,2); rex(m,r)=xks(r);rey(m,r)=yks(r);end %完毕一次滤波endex=0;ey=0; eqx=0;eqy=0; ey1=0; ex1=N:1;ey1=N:1;%计算滤波的均值%计算滤波误差的均值for i=1:Nfor j=1:num ex=ex+x(i)-rex(j,i);ey=ey+y(i)-rey(j,i); end ex1(i)=ex/num; ey1(i)=ey/num;ex=0;eqx=0;ey=0;eqy-0; end%绘图figure(1);plot(x,y,”k-”,zx,zy,”b:”,xks,yks,”r-.”); legend(”真实轨迹”,”观测样本”,”估量轨迹”)” figure(2);plot(ey1);legend(”x 方向平均误差”);试验结果：1轨迹2X 方向平均误差
