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1、无线电定位原理与技术实验报告课程名称：无线电定位原理与应用院系：电子工程系班级：1305203姓名：黄晓明、大头光学号：指导教师：张云实验时间：12周周二，13周周二实验成绩：电信学院实验一调频法测距实验2.1 实验要求1 .掌握调频法测距原理2 .利用给定的仿真信号通过 MATLAB编程计算线性调频信号的参数（带宽，中心频率,时宽，调频斜率）算目标的距离。2.2线性调频脉冲测距实验雷达发射的连续线性调频信号与目标反射回波如图2-2所示图2-1线性调频信号与反射回波反射回波相对于发射的线性调频信号产生了固定时延或固定频差 止状态，总的频偏：F为F。假设目标处于静(2.1)根据该式可以反推出距离
2、Ro；EEitH2000WOO0-1000-2000时间.1 5200010000-1000-2000时间,5频率Hzx 10:产CX 10|口工*图1线性调频信号与反射回波时域图19 8 n o O7 6 5 4 o 5 H 5 一蜜军X - - -2 8 6 4 2 1.8 tt11.0.理爨频率上工频率/Hz疔X 1口,图2混频后频谱图根据公式(2.2)R，2、工解得R=750m,与5us延迟一致。积化和差公式：(2.3)cos 二 cos-=-cos(1 2) cos(：- ：)Jv)fo (如果忖9图3-1多普勒效应实验二连续波雷达测速实验3.1 实验要求1 .掌握雷达测速原理。2
3、. 了解连续波雷达测速实验仪器原理及使用。3 .采集运动物体回波数据，并在 PC机使用Matlab对实验数据进行分析4 .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。3.2 雷达测速原理fd3.3 连续波雷达测速实验仪器传感器输出信号图3-2连续波雷达测速实验仪器原理框图图3-3连续波雷达内部原理图图3-4测速雷达与采集板3.4 I Q正交双通道图3-5 IQ正交双通道处理积化和差公式如下：.二 1cos： sin - - 二晶(、工 吓) sin(:- - )(3)cos cos ：cos(二 ) cos(： - -)所以信号格式signal =signal(I) -j
4、 signal(Q)(3.2)I路信号相位领先Q路信号冗/2测速雷达给出的数据为混频后的多普勒频率I, Q双通道数据。利用复信号傅里叶变换可以得到单边的频谱。并通过多普勒频率的计算公式逆推出物体的运 动速度。3.5 实验过程1 .采集了一组数据，采样频率为2048Hz。2 .从数据中选取波形较好的512点，做出时域波形与频谱，并求出目标速度 其中，雷达发射波频率为24.15GHz。信号采集界面如下：图3-6雷达数据采集界面选取一段回波进行matlab数据分析:Figure 2file fdit 日ew Mert E&dswindow Help mUaihlKR4iai 口 的|q路管号日寸间A
5、)图1图3Ftl? Edit View Insert TooIg Desktop Window Help口白 3 6 fe 1 , O 母晶，| I 国 I El雷达速数据处理结果50010001500-50C图4oooo _ _ m 1 _ n 一 口 1 9 用， 6 6 4 3 2 1 O15- 00.0 0 00000期罂&3.5实验代码a=importdata( HXM.txt );I=a(1:512,1); Q=a(1:512,2); figure(1);plot(0:1/2048:511/2048,I);title( I 路信号); xlabel(时间/s);ylabel(幅度)
6、；figure(2);plot(0:1/2048:511/2048,Q);title( Q 路信号); xlabel(时间/s);ylabel(幅度)；S=I-j*Q;b=fft(S);b(1)=0;c=abs(fftshift(b);value,position=max(c) d=c/value;figure(3);%分别从a中取出第一列和第二列数据处样频率为2048Hz,取512个点%由此确定横轴坐标以及间隔刎为存在直流分量，所以要将零频处的%直置零%进行归一化plot(-1024:2048/512:1024-4,d);title( xlabel( ylabel( f=-52雷达测速数据处
7、理结果频率/Hz);归一化幅度););lan=3*10A8/(24.15*10A9)v=f*lan/2%由归一化幅度图中得到多普勒频率，利%用公式求解速度，速度为负说明采用 嘲勺数据段是手离开雷达时测得的数据3.5实验结果雷达载波波长：lan =Q. 0124多普勒频率:-52速度:利用雷达测得的数据共有两列，一列作为I路数据，见图2, 一列 作为Q路数据，见图1。对这两列数据表示成的复信号做傅里叶变换， 所得的结果在零频处有一个冲激，如图 3。因为信号的均值不为零， 存在直流分量。因此要去掉直流分量，令信号的频谱在该处为零即可。 然后进行归一化，得到归一化幅度图，见图 4。利用光标取得多普勒
8、 频率为-52Hz,由相关公式求解得到速度为0.3230m/s,负号代表测速 时手正在离开雷达。实验三 线调频信号及匹配滤波仿真实验3.1 实验要求自己设计系统函数对给定的信号进行匹配滤波信号频率：0-10Mhz;信号时长：10us3.1.1 40Mhz复线性调频信号格式：exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2); k为调频斜率f0为起始频率。a.根据上文给定的信号参数自行构造和系统响应函数b.画出参考函数频谱。c.画出匹配滤波后时域图像，分析脉冲位置与系统函数t0的关系d.标出时域图像的主旁瓣比。3.1.2 实验原理线调频信号谱分析线调频(LFM)信号时域表达式:s(t)
9、= Arect( )cos( “tT式中：rect( L)是矩形函数，k是调频斜率，并且与调制频偏。的关系是:T匚士. 2 Lfk = 一 二T TT为时域波形宽度，简称时宽；B = 23为调频范围。简称频宽。D=BT为时宽带宽积，是线性调频信号一个很重要的参数。LFM信号的频谱近似为：S( . )-Ak expj -I亦0 0 - - 一2 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线调频信号匹配滤波雷达发射LFM月膝(号Are%目标)cos超眼域询示Jt -trk(t -tr)2)T2对应的匹配滤波器的传输函数近似(大时新带宽积为：H ( ) = e
10、xpj( 0 一 )- 0 -2k 4212匹配滤波器输出: j. , tdk 6=A=A;D-oOsinn B(ttd)i2nJTB(t-td) eSc=SS)H G)exp(_jMd)0 一缶 W代入才目关参数,：=2二 B,k =2二 B/T,- .0 =2二 f。 匹配滤波器时域输出：时宽带宽积：D=BT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T。，并且有T。= 1 ,所以脉冲压缩比：工=BT = D BT。3.1.3 实验过程根据实验原理编写频域系统函数，导入参考信号并进行离散傅里叶变换，利 用时域卷积定理将频域信号与系统函数相乘
11、在进行傅里叶逆变换，从而得到匹配 滤波之后的时域信号。代码如下：f1=load(C:UsersLenovoDesktopEXPERIMENT_3_DA TA.txt);f11=f1(:,1);f12=f1(:,2);f=f11+j*f12;B=10000000;T=0.00001;k=B/T;fs=40000000;N=fs*T;f0=0;n=0:N-1;t=n/fs;h=exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2);H=abs(fftshift(fft(h);F=abs(fftshift(fft(f);F=F.;G=F.*Hfigure(1);plot(n*fs/N,G);ti
12、tle(输出信号频谱,);figure(2);g=abs(ifftshift(ifft(G,N);value=max(g);g=g/value;gx=20*log10(g);plot(t,gx);title(输出时域波形);figure(3);subplot(211);plot(t,h);title(系统函数时域波形);subplot(212);plot(n*fs,H);title(系统函数频谱);3.1.4 实验结果图3-1图3-23.1.5 实验分析1、根据实验原理中给出的系统函数可以知道输出频谱函数如下& =( )H( )exp(-j t)由此可知Q变化会引起输出信号脉冲位置的平移2、分析主旁瓣比:图3-4主旁瓣比=252S-12.96=2.073.2 实验要求
