哈工大無線定位原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、i無線電定位原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：無線電定位原理與應(yīng)用院系：電子工程系班級：13052031305203姓名：黃曉明、大頭光學(xué)號：指導(dǎo)教師：張?jiān)茖?shí)驗(yàn)時(shí)間：1212周周二，1313周周二實(shí)驗(yàn)成績:電信學(xué)院2=F2Rc實(shí)驗(yàn)一調(diào)頻法測距實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)要求1掌握調(diào)頻法測距原理2利用給定的仿真信號通過 MATLAB編程計(jì)算線性調(diào)頻信號的參數(shù)（帶寬，中心頻率, 時(shí)寬，調(diào)頻斜率）并計(jì)算目標(biāo)的距離。反射回波相對于發(fā)射的線性調(diào)頻信號產(chǎn)生了固定時(shí)延或固定頻差F。假設(shè)目標(biāo)處于靜止?fàn)顟B(tài)，總的頻偏.：F為根據(jù)該式可以反推出距離 R。圖1線性調(diào)頻信號與反射回波時(shí)域圖2.2線性調(diào)頻脈沖測距實(shí)驗(yàn)雷達(dá)發(fā)射的連續(xù)線性調(diào)頻信

2、號與目標(biāo)反射回波如圖2-2所示圖2-1線性調(diào)頻信號與反射回波G 伽 12 一 歹 z3砂teK丄田 一口冏一QO03蒲燉/Hz02020 01L1L幅度歸一化幅度x豈OOLMOO00S/H 村5根據(jù)公式cAFR(2.2)2a解得R=750m,與5us延遲一致。積化和差公式：1COSJCOScos(二 5 ) cosC - - )(2.3)26實(shí)驗(yàn)二連續(xù)波雷達(dá)測速實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)要求1.掌握雷達(dá)測速原理。2.了解連續(xù)波雷達(dá)測速實(shí)驗(yàn)儀器原理及使用。3.采集運(yùn)動(dòng)物體回波數(shù)據(jù)，并在 PC機(jī)使用Matlab對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析4.使用Matlab對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到回波多普勒頻率和目標(biāo)速度。3.2雷達(dá)測

3、速原理2vf I 2v lf0 （如果 V c c）c+v V c 丿3.2連續(xù)波雷達(dá)測速實(shí)驗(yàn)儀器圖3-2連續(xù)波雷達(dá)測速實(shí)驗(yàn)儀器原理框圖rndur-uicsdie-Lit圖3-1多普勒效應(yīng)7圖3-3連續(xù)波雷達(dá)內(nèi)部原理圖圖3-4測速雷達(dá)與采集板3.3 I Q正交雙通道圖3-5 IQ正交雙通道處理8積化和差公式如下：1cos： sinsin(xT；)-sin(卅 I；)2(3.1)cos： coscos(很亠) cos(：-)2所以信號格式sig nal = sig nal(l) j sig nal(Q)(3.2)I路信號相位領(lǐng)先Q路信號n /2測速雷達(dá)給出的數(shù)據(jù)為混頻后的多普勒頻率I, Q雙通道

4、數(shù)據(jù)。利用復(fù)信號傅里葉變換可以得到單邊的頻譜。并通過多普勒頻率的計(jì)算公式逆推出物體的運(yùn) 動(dòng)速度。3.4實(shí)驗(yàn)過程1采集了一組數(shù)據(jù)，采樣頻率為2048Hz。2從數(shù)據(jù)中選取波形較好的512點(diǎn)，做出時(shí)域波形與頻譜，并求出目標(biāo)速度 其中，雷達(dá)發(fā)射波頻率為24.15GHz。信號采集界面如下:圖3-6雷達(dá)數(shù)據(jù)采集界面選取一段回波進(jìn)行matlab數(shù)據(jù)分析:9Figure 2口圖1Figure 1圖21011-5005001000-1500-100001500File Ed it View Insert Tools Desktop Window Help口Figure 3X圖3 a Hl fe0 噩達(dá)測速數(shù)據(jù)處

5、理結(jié)果1 1 9 9 COCO 7 7 G G E.4 o o QoQo. .Q Q &O.&O.3 2 1 Qo.pQo.p*1000*50005001000頻率150012133.5實(shí)驗(yàn)代碼a=importdata( HXM.txt );l=a(1:512,1);Q=a(1:512,2);figure(1);plot(0:1/2048:511/2048,l);title(I 路信號);xlabel(時(shí)間 /s);ylabel(幅度);figure(2);plot(0:1/2048:511/2048,Q);title(Q 路信號);xlabel(時(shí)間 /s);ylabel(幅度);S=I-j

6、*Q;b=fft(S);b(1)=0;c=abs(fftshift(b);value,positi on=max(c)d=c/value;figure(3);plot(-1024:2048/512:1024-4,d);title(雷達(dá)測速數(shù)據(jù)處理結(jié)果);xlabel( 頻率/Hz);ylabel(歸一化幅度)；f=-52lan=3*10A8/(24.15*10A9)v=f*la n/23.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果%分別從a中取岀第一列和第二列數(shù)據(jù)%采樣頻率為2048Hz,取512個(gè)點(diǎn)%由此確定橫軸坐標(biāo)以及間隔%因?yàn)榇嬖谥绷鞣至?，所以要將零頻處的%值置零%進(jìn)行歸一化%由歸一化幅度圖中得到多普勒頻率，利%用公式

7、求解速度，速度為負(fù)說明采用%的數(shù)據(jù)段是手離開雷達(dá)時(shí)測得的數(shù)據(jù)雷達(dá)載波波長：lan 二C.0124多普勒頻率：-52速度：-0. 32301415利用雷達(dá)測得的數(shù)據(jù)共有兩列， 一列作為 I 路數(shù)據(jù)， 見圖 2，一列作為Q路數(shù)據(jù)，見圖1。對這兩列數(shù)據(jù)表示成的復(fù)信號做傅里葉變換， 所得的結(jié)果在零頻處有一個(gè)沖激，如圖 3。因?yàn)樾盘柕木挡粸榱悖?存在直流分量。因此要去掉直流分量， 令信號的頻譜在該處為零即可。 然后進(jìn)行歸一化，得到歸一化幅度圖，見圖 4。利用光標(biāo)取得多普勒 頻率為-52Hz,由相關(guān)公式求解得到速度為0.3230m/s,負(fù)號代表測速 時(shí)手正在離開雷達(dá)。16s (t)二 Arect()co

8、s( s(t -tr)實(shí)驗(yàn)三線調(diào)頻信號及匹配濾波仿真實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)要求自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)函數(shù)對給定的信號進(jìn)行匹配濾波信號頻率：0-10Mhz；信號時(shí)長：10us采樣率：40Mhz復(fù)線性調(diào)頻信號格式：exp(1j*2*pi*(f0*t+0.5*k*t.A2);k為調(diào)頻斜率f0為起始頻率。a根據(jù)上文給定的信號參數(shù)自行構(gòu)造和系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)b.畫出參考函數(shù)頻譜。c畫出匹配濾波后時(shí)域圖像，分析脈沖位置與系統(tǒng)函數(shù)tO的關(guān)系d.標(biāo)出時(shí)域圖像的主旁瓣比。3.1.1實(shí)驗(yàn)原理線調(diào)頻信號譜分析線調(diào)頻(LFM )信號時(shí)域表達(dá)式：tkt2s(t)二 Arect( )cos( yt)式中：rect()是矩形函數(shù)，k是調(diào)頻斜率，并

9、且與調(diào)制頻偏 f 的關(guān)系是:T匸-2】ifk =T TT為時(shí)域波形寬度，簡稱時(shí)寬；B =2f為調(diào)頻范圍。簡稱頻寬D二BT為時(shí)寬帶寬積，是線性調(diào)頻信號一個(gè)很重要的參數(shù)。LFM信號的頻譜近似為：近似程度取決于時(shí)寬帶寬積D，D越大，近似程度越高，即頻譜越接近于矩形線調(diào)頻信號匹配濾波雷達(dá)發(fā)射LFM脈沖信號，固定目標(biāo)的回波時(shí)域表示:2k(t7r)2對應(yīng)的匹配濾波器的傳輸函數(shù)近似(大時(shí)寬帶寬積下)為:others17H ( J =exp j蔦2kJT18匹配濾波器輸出: = S( JH ( )exp( j 鮎)A coo0 -co -2代入相關(guān)參數(shù)，心:=2二 B,k =2二 B.T, 0 =2 二 fo

10、匹配濾波器時(shí)域輸出：1垃So(t)So( )ld 2H D_ A、Dsin二 B(t -td) ei2二f(t_td)二 B(t-td)時(shí)寬帶寬積：D二BT匹配濾波器的包絡(luò)輸出如下圖 4-3所示，所示，通常規(guī)定頂點(diǎn)下降到-4dB1T處的寬度為輸出脈沖的脈寬To，并且有T。二一，所以脈沖壓縮比：一=BT =DBTo3.1.2實(shí)驗(yàn)過程根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理編寫頻域系統(tǒng)函數(shù)，導(dǎo)入?yún)⒖夹盘柌⑦M(jìn)行離散傅里葉變換，利用時(shí)域卷積定理將頻域信號與系統(tǒng)函數(shù)相乘在進(jìn)行傅里葉逆變換，從而得到匹配濾波之后的時(shí)域信號。代碼如下：f1=load(C:UsersLe no voDesktopEXPERIMENT_3_DATA.txt

11、); f11=f1(:,1);f12=f1(:,2);f=f11+j*f12;B=10000000;T=0.00001;k=B/T;fs=4OOOOOOO;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);title(輸出信號頻譜);figure(2);g=abs(ifftshift(ifft(G,N); value=max(g); g=g/value;gx=20*

12、log10(g); plot(t,gx);19title(輸出時(shí)域波形);figure(3);subplot(211);plot(t,h);title(系統(tǒng)函數(shù)時(shí)域波形);subplot(212);plot( n*fs,H);title(系統(tǒng)函數(shù)頻譜);3.1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖3-1LO00Hcoo213.1.4實(shí)驗(yàn)分析1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中給出的系統(tǒng)函數(shù)可以知道輸出頻譜函數(shù)如下S0)= sW )H w ) exptd)由此可知錯(cuò)誤！未找到引用源。變化會引起輸出信號脈沖位置的平移2、分析主旁瓣比:圖3-4主旁瓣比二錯(cuò)誤！未找到引用源3.2實(shí)驗(yàn)要求a.畫出給定信號的時(shí)域圖像，分析信號頻譜。b.利用給定的

13、信號數(shù)據(jù)得到系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，并畫出參考函數(shù)頻譜。c.畫出匹配濾波后時(shí)域圖像，分析脈沖位置與系統(tǒng)函數(shù)t0的關(guān)系d.標(biāo)出時(shí)域圖像的主旁瓣比。3.2.1實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際處理雷達(dá)系統(tǒng)中，為了壓低副瓣，通常是將匹配函數(shù)加窗，然后加零延 伸為T Tp的時(shí)間長度，作傅立葉變換后并作共軛，和接收信號的傅立葉變換 相乘后，作傅立葉逆變換，取前T時(shí)間段的有效數(shù)據(jù)段。為了便于采用快速傅立葉變換，可能對匹配函數(shù)要補(bǔ)更多的零，對接收信號也要補(bǔ)零。脈壓處理過程22的如圖3-4所示，其中虛框部分可事先計(jì)算好，以減小運(yùn)算量接收信號3.2.2實(shí)驗(yàn)過程導(dǎo)入回波信號，對回波信號進(jìn)行時(shí)域翻折得到參考信號。 由傅里葉變換性質(zhì) 可知，頻域共軛

14、相乘等價(jià)于時(shí)域共軛卷積，故對兩時(shí)域信號進(jìn)行共軛周期卷積(離 散傅里葉變換對應(yīng)循環(huán)卷積，截?cái)嘀蠹礊閱蝹€(gè)周期的周期卷積)。代碼如下：f1=load(C:UsersLe novoDesktopEXPERIMENT_3_DATA.txt);f11=f1(:,1).;f12=f1(:,2).;fa=f11+j*f12;for m=1:400fb(400-m+1)=f11(m)-j*f12(m);endfs=40000000;T=1/fs;N=400;fre=fs/N;n=1:799;fc=co nv( fa,fb); value=max(fc); fc=fc/value; fcx=20*log10(f

15、c);Fc=abs(fftshift(fft(fc); figure(1);plot( n*T,fcx);title(輸出時(shí)域波形); figure (2);plot( n*fre,Fc); title(輸出頻域波形);m=1:400Fa=abs(fftshift(fft(fa);Fb=abs(fftshift(fft(fb); figure);subplot(211); plot(m*T,fa);title(輸入信號時(shí)域波形); subplot(212);plot(m*fre,Fa);title(輸入信號頻域波形); figure(4);23subplot(211); plot(m*T,fb);title(參考信號時(shí)域波形); subplot(212);plot(m