2022年随机信号处理MATLAB仿真报告 .pdf

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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：顾红名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 22 页 - - - - - - - - - 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

2、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -

3、 - - - - - - 第 2 页，共 22 页 - - - - - - - - - 1、矩形脉冲自相关函数自相关函数：)()(),(2*121tstsEttRS2、混频后的信号回波视频表达式：tfjrdetftActS20)(2cos)()(混频后的信号：tfjdetActs2)()(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2djf te，并加上高斯白噪声，形成回波信号。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 22 页 - - - -

4、- - - - - 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

5、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 22 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 22 页 - - - - - - - - - 4、距离门重排、 FFT FFT 后的表达式：( )( )j tSR t edt图 4.1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

6、6 页，共 22 页 - - - - - - - - - 图 4.2 X 轴视图图 4.3 重排后 FFT名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 22 页 - - - - - - - - - 图 4.4 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！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 22 页 - -

7、 - - - - - - - 图 4.5 重排后 FFT 的速度视图（加窗）图 4,6 重排后 FFT 的距离视图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 22 页 - - - - - - - - - 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，时宽和带宽名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 2

8、2 页 - - - - - - - - - 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 ，则FFT 级增益 =25.27-10=15.27，与理论值相符合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

9、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 22 页 - - - - - - - - - 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，分不清两个目标名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 22 页 - - - - - - - - - 当 R1=10000m，R2=25000m时，能分清两个目标（距离模糊：30000m=2/* Tc）名师资料总结 - - -精

10、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 22 页 - - - - - - - - - 2、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 22 页 - -

11、 - - - - - - - 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=37.5m/s）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 22 页 - - - - - - - - - 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。名师资料总结 - - -精品资料欢

12、迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 22 页 - - - - - - - - - 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/fs; %采样间隔T=2e-

13、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 );名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

14、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 22 页 - - - - - - - - - title( 脉冲视频信号 );axis(0,Tr,-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=

15、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); %

16、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);名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 22 页 - - - - - - - - - Es=sum

17、(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);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,

18、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 );for i=1:(PulseNum+1)名

19、师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 22 页 - - - - - - - - - for k=1:N my1(i,k)=m1(i-1)*N+k);endendfor i=1:(PulseNum+1)for k=1:N my2(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(m

20、y1);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;for i=1:N st_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i),Nfft); st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:N st_fft2(1:Nfft,i)=abs(fft(my2(:,i),Nfft); st_fft2(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft2(1:Nfft,i);endf

21、sd=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;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 22 页 - - - - - - - - - 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

22、( 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);for i=1:N st_fft1(1:Nfft,i)=abs(fft(my1(:,i).*w,Nfft); st_fft1(1:Nfft,i)=fftshift(st_fft1(1:Nfft,i);endfor i=1:N st_fft2(

23、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);名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 22 页 - -

24、- - - - - - - 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(0,2,2

25、0);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 );名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 22 页 - - - - - - - - -