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1、HarbinHarbinHarbin InstituteInstituteInstitute ofofof TechnologyTechnologyTechnology电子系统电子系统电子系统电子系统实验报告实验报告实验报告实验报告院 系： 电信 学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 孙 思 博 实验一实验一 连续波雷达测速实验连续波雷达测速实验 一、一、实验目的：实验目的：1、 掌握雷达测速原理。 2、 了解连续波雷达测速实验仪器原理及其使用。 3、 使用 Matlab 对实验数据进行分析，得到回波多普勒频率和目标速度。二、二、实验原理：实验原理：1、 多普勒测速原理： 由于运
2、动目标相对辐射源的运动而引起发射信号的中心频率发生多普勒频移的现 象称为多普勒效应。目标运动方向的不同决定了多普勒频移的正负。 （如图 1 所示）图 1.多普勒效应假设发射的是重复频率为的脉冲串，雷达发射信号的波长为时，设目标的速度为，多普勒频率为,以目标接近雷达为例，为接收脉冲串频率新频率 为雷达发射信号的载频则： ，当|c时 （1） 2、 多普勒信息的提取：在连续波工作状态时，利用相干检波器可以得到和相关的一系列频谱分量，回波分量中的、2等高频分量被多普勒滤波器滤除，则最后获得就是多普勒分量，利用公式(1) 可以求得目标的速度。本实验中发射波长为 3cm,采样率是 2048HZ。三、实验仪
3、器：三、实验仪器：实验装置如下：5402DSP测速传感器混频器连续波发射机传感器输出信号放大滤波AD串行接口PC机FFT图 3-2 连续波雷达测速实验仪器原理框图图 3. 测速雷达传感器三、三、实验内容与步骤：实验内容与步骤：1、利用给定装置，使用一挡光板作为目标物体，移动该物体，则通过测速雷达传 感器（如图 3）能够获得回波数据，并被 DSP 芯片采样，采样频率为 2048HZ。 2、通过示波器观察波形，选择一高频干扰少的波形，利用软件获得其 2048 个数 据，并存储在计算机中。 3、对采集的数据，选取波形较好的连续的 512 个点，对其进行 FFT 变换，获得其 频谱图，即可求得其多普勒
4、频率。4、改变目标移动速度，重复上述步骤，重复三次。四、四、实验数据处理与分析：实验数据处理与分析：对实验数据进行滤除直流归一化处理后，再对所得数据进行 4096 点 FFT，能够获得其 频谱分别如下：第一组数据：从第 100 个采样点开始取样，可得=12HZ；第二组数据：从第 100 个采样点开始取样，可得=28HZ；第三组数据：从第 100 个采样点开始取样，可得=12HZ；当|c 时；可以分别算出三种情况下目标的移动速度。第一组数据：；fd3122cm/s=18(cm/s) 第二组数据：；fd3282cm/s=52(cm/s) 第三组数据：；fd3122cm/s=18(cm/s)所以三次
5、目标移动的速度分别为 18(cm/s)、52(cm/s)、18(cm/s)。五、五、实验结论及误差分析：实验结论及误差分析：1、通过连续波雷达测得的数据并且经过一定处理可以得到运动目标的多普勒频率， 进而可以计算出运动目标的径向速度。 2、 仅仅通过这些实验数据无法得出该目标是靠近雷达还是远离雷达运动的，即仅仅 能得到运动目标的沿雷达径向的速率。 3、为了使所得结果更加精确，需要对数据进行滤除直流的处理。 4、通过观察时域波形可以看出，所得的波形中有部分噪声存在，因此对信号进行 滤波可以消除部分误差。 5、本实验测得速度的精度主要取决于多普勒频率的精度，而多普勒频率的精度是 由采样频率和 FF
6、T 点数 N 共同决定的，本实验采用 4096 点 FFT,采样频率为 2048Hz，因此分辨率为 2048/4096=0.5Hz。因此速度的分辨率为 0.75m/s。实验二：线性调频信号及匹配滤波实验实验二：线性调频信号及匹配滤波实验 一、一、实验目的：实验目的：1、掌握线调频信号及其频谱特征。 2、使用 Matlab 对线调频信号及其频谱进行仿真。 3、掌握匹配滤波理论。 4、使用 Matlab 线调频信号进行匹配滤波仿真。 5、讨论时宽带宽积对线调频信号频谱和匹配滤波的影响。二、二、实验原理：实验原理：1、 线调频信号谱分析：2、 线调频（LFM）信号时域表达式：20( )cos()2t
7、ktS tArect()tT式中是矩形函数，k 是调频斜率，并且与调制频偏的关系是：2fkTTT 为时域波形宽度，简称时宽；为调频范围。简称频宽。fB 2为时宽带宽积，是线性调频信号一个很重要的参数。BTD LFM 信号的频谱近似为：2 0()2exp ( )24 0AjSkk 02 others近似程度取决于时宽带宽积 D， D 越大，近似程度越高，即频谱越接近于矩形。 3、线调频信号匹配滤波：雷达发射 LFM 脉冲信号，固定目标的回波时域表示：20()( )cos()2rr irttk ttS tArect()ttT对应的匹配滤波器的传输函数近似（大时宽带宽积下）为：2 0()( )exp
8、 24Hjk02匹配滤波器输出：0( )( )exp()2didj tSSHj tAek02代入相关参数，002,2,2B kB Tf匹配滤波器时域输出：02()1( )( )2sin() ()dj t ooift tddS tSedB ttA DeB tt 时宽带宽积：DBT 匹配滤波器的包络输出如下图 4-3 所示，所示，通常规定顶点下降到4dB 处的宽度为输出脉冲的脉宽，并且有，所以脉冲压缩比：。0T01TB0TBTDT三、三、实验步骤：实验步骤： 1,编程实现线性调频信号并输出其频谱。 2,利用 matlab 对线性调频信号进行匹配滤波。四，实验结果：四，实验结果：1 线性调频信号及其
9、频谱：B=2B=20B=101，线性调频信号经过匹配滤波器的输出：B=1-15-10-505101500.20.40.60.81Time in sec BAmplitudeChirp signal after matched filteremulational sinc-15-10-5051015-50-40-30-20-100Time in sec BAmplitude,dBChirp signal after matched filteremulational sinc-3-2-1-0.500.5123-13.4-40Time in sec BAmplitude,dBChirp signa
10、l after matched filter (Zoom)emulational sincB=2-15-10-505101500.20.40.60.81Time in sec BAmplitudeChirp signal after matched filteremulational sinc-15-10-5051015-50-40-30-20-100Time in sec BAmplitude,dBChirp signal after matched filteremulational sinc-3-2-1-0.500.5123-13.4-40Time in sec BAmplitude,d
11、BChirp signal after matched filter (Zoom)emulational sincB=20-15-10-505101500.20.40.60.81Time in sec BAmplitudeChirp signal after matched filteremulational sinc-15-10-5051015-50-40-30-20-100Time in sec BAmplitude,dBChirp signal after matched filteremulational sinc-3-2-1-0.500.5123-13.4-40Time in sec
12、 BAmplitude,dBChirp signal after matched filter (Zoom)emulational sinc实验结论与误差分析：实验结论与误差分析： 1，由线性调频信号及其频谱图可以看出，随着时宽带宽积增加，其频谱越来越接 近一矩形，D 越大，其内部越平坦。 2，线性调频信号经过匹配滤波器后其时域波形在误差允许的范围内可以近似看成 sinc 函数，D 越大。近似程度越高。 3，线性调频信号经过匹配滤波器后脉冲宽度得到了压缩，因此可以雷达解决探测 能力与距离测量分辨率之间的矛盾。附录: 实验一程序清单: % 函数说明 %输入：fname 为采样数据文件名，例如：
13、data1.dat 注意：要加单引号 % datas 为起始采样点，例如： 1 %输出：数组 output 存有 datasdatas+512 共 512 个采样点的值 %说明：该函数用于从采样生成的.dat 中提 取 512 个采样值，并以数组模式输出 % 采样频率 2048HZ, .dat 与 m 文 件应放在同一文件夹内 function output=data_open(fname,datas) N=512; Fs=2048; datas=input(Please input the datas); fid=fopen(t3.dat); dataall=fscanf(fid,%d);f
14、or i=1:512output(i)=dataall(i+datas); endoutput=output-(max(output)+min(output)/2; subplot(2,1,1) plot(output);xlabel(时间);ylabel(电压);title(采样数据); result=fft(output,N); result=result/max(result); z=fftshift(result); subplot(2,1,2) n=0:N-1; f1=n/N*Fs-Fs/2; plot(f1,abs(z);axis(-200,200,0,1);grid onxlabel(频率);ylabel(电压);title(幅频特性); a,b=max(z);fmax=abs(b/N*Fs-Fs/2) end实验二程序清单: clear all;B=100e6;%改变 B 来改变时宽带宽积 D T=10e-6; K=B/T; Fs=25*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts; t=linspace(-T/2,T/2,N
