雷達原理試驗報告

1、實驗報告實驗課程名稱：雷達原理實驗姓名：班級：學號：實驗名稱規(guī)范程度原理敘述實驗過程實驗結果實驗成績平均成績折合成績注：1、每個實驗中各項成績按照 5分制評定，實驗成績?yōu)楦黜椏偤?、平均成績取各項實驗平均成績3、折合成績按照教學大綱要求的百分比進行折合2014年5 月相位法與振幅法測角實驗報告1、 實驗目的要求1. 了解雷達常用測角方法。2. 學會用仿真軟件驗證測角算法。3能夠設計并仿真測角解模糊程序。2、 實驗原理1 . 利用了相位法測角的數(shù)學模型2 .利用MATLA瞅件編寫單基線測向算法和比幅法解模糊程序相位法測角利用了多哥天線所接收回波信號之間的相位差進行測角；振幅法測角利用了天線收到的

2、回波信號幅值來做角度測量，該幅值的變化規(guī)律取決于天線方向圖及天線掃描的方式。振幅測角法可以分為最大信號法和等信號法。3、 實驗參數(shù)設置（ 1）載頻范圍：4GHz（ 2）目標角度范圍：-30 ° 30°（ 3）天線數(shù)量：3 個（ 4）天線間距離范圍：0.05m0.3m（5）回波信號 DLVA輸出幅度：1.5V（ 6）兩兩天線相位差測量范圍：0.3p短基線長度0.06長基線長度0.510理論相位差與目標角度關系-30-20-100102030目標角度/ °實際讀取相位差與目標角度關系一*/差位相-30-20-10010目標角度/ °20301.5-1.5-3

3、02030相位差與目標角度關系5 0 5- 一*/差位相-20-10010目標角度/ °相位差與角度關系目標角度/一*/差位相2度差0誤-2-60-40-200204060目標角度長基線測角精度誤差0.5 pIE短基線測角精度誤差0 I pN咫桃除卻常中X做卜小M2嗝輛2紂日憬瞪楙L 誤-60-40-200204060目標角度四、 實驗成果分析實驗利用三個天線的比對測量目標角度，通過選取天線的距離來比較得到數(shù)據的誤差, 五角星符號位插八度是對應的目標角度。偏差選取了較小天線距離帶來的誤差。五、教師評語雷達信號波形分析實驗報告1、 實驗目的要求1. 了解雷達常用信號的形式。2. 學會用

4、仿真軟件分析信號的特性。3. 了解雷達常用信號的頻譜特點和模糊函數(shù)。2、 實驗原理為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發(fā)射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發(fā)射機到目標，再由目標返回雷達接收機的時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為：S=CT/2其中S:目標距離；T:電磁波從雷達到目標的往返傳播時間；C:光速。3、 實驗參數(shù)設置載頻范圍：0.5MHz脈沖重復周期：250us脈沖寬度：10us幅度： 1V線性調頻信號載頻范圍：90MHz脈沖重復周期：250us脈沖寬度：10us信號帶寬：14 MHz幅度： 1V連續(xù)波10-11.0356 1.0357 1.035

5、8 1.0359層 幅-3x 10時間/s脈沖連續(xù)波v 度幅4脈沖調制度 幅v思 幅410050500 1 100015002000頻率/MHz806040200-20-10102030J.J肝3廣卜"明利杓小腳嚴刑中葉F* “時間/us五、實驗成果分析簡單脈沖調制信號的產生由脈沖信號和載頻信號組成，如圖是時域頻域分布時域經傅里葉變化得到頻域圖像。線性調頻信號隨時間變換的信號實驗利用公式 delt=linspace (-T/2,T/2,10001);LFM=exp(i*2*pi(f0*delt+mu*dee2/2)(mu 為 B/T 頻率變化斜率，B 為頻率變換范圍，即帶寬)。教師評

6、語雷達測距和接收機靈敏度實驗1、 實驗目的要求1 .掌握目標回波測距的方法。2 .雷達回波信號能量變化對接收機輸出的信號的幅度（包絡）的影響。3 .掌握切線靈敏度的定義。2、 實驗原理1 .距離測量。雷達工作時，發(fā)射機經天線向指定空間發(fā)射一串重復周期的高頻脈沖。如果在電磁波傳播的路徑上有目標存在，那么雷達可以接收到由目標反射回來的回波。由于回波信號往返于雷達和目標之間，它將滯后于發(fā)射脈沖一個時間t。如圖3.1示電磁波以光速傳播，設目標的距離是 R ,則傳播的距離為光速乘以時間間隔，即發(fā)射脈沖,/T kflM2.切線靈敏度。在某一輸入脈沖功率電平的作用下，雷達接收機輸出端脈沖與噪聲疊加后信號的底

7、部與基線噪聲（只有接收機內噪聲）的頂部在一條直線上（相切），則稱此輸入脈沖信號功率為P便R切線信號靈敏度TSSP。對于單脈沖雷達信號，則有“2，其中，A是輸入信號的幅度，R為接收機內阻。本實驗儀接收機內阻為50歐姆。3、 實驗參數(shù)設置本實驗的可變參數(shù)為目標回波幅度的衰減百分比。初始衰減值為0。每按一次參數(shù)按鈕，衰減增加5%,直到衰減百分比的最大值 95%后又從初始值開始。四、實驗數(shù)據以及結果目標回波幅度衰減百分比與回波信號幅度表0510152025304.804.804.804.564.03.63.2354045505560652.82.402.001.681.481.16960mV70758

8、0859095700mV520mV344mV220mV124mV72mV目標回波時延：52us有信號處噪聲電壓峰值 Um : 22mV噪聲的最大值Un： 16mV兩目標回波間的間隔：400us五、結論以及討論波形圖543210020406080100衰減值平電波回1 .根據記錄回波的時延，計算目標回波距離。答：目標回波時延：tr=52us ,根據公式R=C*tr/2計算得回波距離 R為7.8km。2 .距離分辨率為多少？c d c 1比二（+ ） « - + 答：距離分辨率2 工 - b ,實驗測得目標回波脈沖寬度為240ns，代入距離分辨率公式得到VC約為36ml3、目標回波輸入信

9、號的幅度改變，示波器輸出信號有何變化？答：由前面數(shù)據整理的表格可以看出，目標回波輸入信號的幅度衰減越來越大時，示波器輸出信號幅度越來越小。4.雷達的切線靈敏度是多少？答：接收機靈敏度為：95。5、基線噪聲電壓峰值 Un和滿足切線靈敏度條件下有信號處輸出噪聲的峰值Um是否相同?為什么？答：基線電壓峰值 Un小于滿足切線靈敏度條件下有信號處輸出噪聲的峰值Um,因為Un只是接收機內噪聲而 Um不僅包含接受機內噪聲還包含外界干擾噪聲所以Un<Um六、教師評語教師簽字虛警率實驗實驗目的要求1 .熟悉門限檢測的方法2 .熟悉虛警概率的含義3 .了解門限與虛警概率的關系2、 實驗原理1 .門限檢測雷達

10、接收機是在有噪聲的背景下檢測信號。由于噪聲的起伏特性，判斷信號的出現(xiàn)是一個統(tǒng)計的問題，必須按照某種檢測標準進行判斷。門限檢測就是給定某個門限，如果某時刻的回波信號的電壓大于給定門限，就認為該位置有目標存在，否則認為該位置沒有目標。2 .虛警率虛警是指沒有信號而僅有噪聲時，噪聲電平超過門限值被誤認為是目標的事件。噪聲超過門限的概率稱為虛警概率。通常包絡檢波器輸出噪聲的電壓振幅r的概率密度是瑞利分布，記做 p (r) fa。設門限值其中，二2是噪聲的方差。是tU,那么噪聲超過門限電平的概率就是虛警概率，所以可以用式計算P史=F(I7r <r<<c)= jp施卜價=5r3 .虛警概

11、率Pfa統(tǒng)計算法N個脈沖重復周期里虛警事件總數(shù)fa N為 54* m)>UT妙，m為沒有目標的距離單元距離。虛警概率 .3、 實驗參數(shù)設置可變參數(shù)為檢測門限。 信號歸一化最大值為 255。初始門限值為5,每按一次參數(shù)按 鈕，門限值加 5,最大值是25。按動參數(shù)加按鈕。6改變檢測門限，從 LED上讀取虛警概 率。檢測門限與虛警概率測試表檢測門限510152025虛警概率4.0E23.7E38.6E42.3E47.3E55、 實驗成果分析1、試分析虛警率和檢測門限關系。0.04 .-=0.03 '-率警 0.02 -虛0.01 -0 c'c510152025門限虛警概率與門限

12、電平大小有密切的關系。噪聲超過門限電平而誤認為信號的事件稱為 虛警”，虛警概率指的是噪聲包絡電壓超過檢測門限電平的概率。因此檢測門限值越大，噪聲信號超過門限的概率越小，雷達的虛警概率越小。2、檢測門限不同時，示波器顯示的距離波門信號有何不同，為什么？答：檢測門限越高距離波門信號出現(xiàn)的時間間隔越長。因為門限值越高， 噪聲電平超過檢測門限的概率越小，所以距離波門信號出現(xiàn)的時間間隔越長，次數(shù)降低。6、 教師評語恒虛警檢測實驗實驗目的要求1 .熟悉發(fā)現(xiàn)概率的定義。2 .熟悉恒虛警檢測的原理3 . 了解虛警概率與發(fā)現(xiàn)概率的關系。二、實驗原理1 .發(fā)現(xiàn)概率有目標時的電平超過門限正確檢測出目標的概率，稱作發(fā)

13、現(xiàn)概率。包絡檢波后，信號加噪聲的電壓振幅r服從廣義瑞利分布，記做 p （r）d。發(fā)現(xiàn)信號就是信號加噪聲的電壓超過給P.=熱匚F <6、=也（巾/定門限T U的事件，那么發(fā)現(xiàn)概率為3,從上式可以看出，發(fā)現(xiàn)概率和檢測門限，信噪比有關。2 .發(fā)現(xiàn)概率dP統(tǒng)計算法e（njn）>UTJ T J.N個脈沖重復周期里發(fā)現(xiàn)事件總數(shù)dN為 儲的父"丁，miW目標的距離單元距離。3 .恒虛警檢測在許多雷達系統(tǒng)中，要求虛警概率為一固定的值。由式（3-3）可知，如果虛警率給定，檢測門限是可由式（3-9）確定的。 , 一“T" In%,這樣，發(fā)現(xiàn)概率d p和虛警 概率，信噪比有關。在信噪

14、比相同的條件下，虛警率不同， 發(fā)現(xiàn)概率不同。給定虛警率，由式（3-9）計算檢測門限，在由式（3-7）和式（3-8）即可統(tǒng)計相應的發(fā)現(xiàn)概 率。4、 實驗內容可變參數(shù)為檢測的虛警概率。默認值為概率為104。每按一次參數(shù)按鈕，虛警概率減小10。虛警概率的最小值為1044。按動參數(shù)加。5改變虛警概率，按確認按鈕。 6確認。從LED上讀取發(fā)現(xiàn)概率。觀察目標回波信號和距離波門信號。虛警概率與發(fā)現(xiàn)概率關系表1E-31.0E01.0EDLOEO1.0E0LOEO1.0E01.OE0：1.0E01.0E0LOEO1E-51.0E01,OEO1.0E0LOEOLOEO1處61.0E09.9E19.8E19.9E1

15、9,9E*11E-79.9E-19.9E-19.9E-19.9E-19.9E-11E-89.8E-19.9ETLOEO9.9E-19.9E-11E-99.9E-19.8E-19.7E-19.8E-19,8E-11E-109.1E-19.4E-19.5E49.2E-19.3E-11E-11S.3E 28.2 E-28.OE-27.9E-28.1E-21E-126.1E-25.8E-2a2E-26.3E-26.1E-21E-134EE-34.3E-34JE-34.2E-34.3E-31E-142.9E-32.5E-32.8E-32.6E-32.7 E-35、 實驗成果分析1 .當虛警概率變化時，距

16、離波門信號有何變化，為什么？答：虛警概率增大時相應的檢測門限降低，噪聲電平超過檢測門限被發(fā)現(xiàn)的概率增大，因此距離波門信號出現(xiàn)的時間間隔變短，次數(shù)降低。反之虛警概率降低時， 距離波門信號出現(xiàn)的時間間隔變長，次數(shù)增大。2 .繪制發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率的曲線圖并分析二者關系.9-4 1.G>J-.4-3.2J01o 0O.O.O.QO.O.O.O.當信噪比一定時，虛警概率越小，發(fā)現(xiàn)概率越小 ；虛警概率越大，發(fā)現(xiàn)概率越大。六、教師評語動目標顯示(MTI)實驗實驗目的要求1 .掌握動目標顯示的基本原理。2 .熟悉一次相消和二次相消的概念。實驗原理1.動目標的回波設載頻為0 5 ,重復周期為rT ,脈沖

17、寬度為T的單脈沖雷達發(fā)射信號為0 nT + rnTr <t<nTr + rr<（；7 + l）T；,斜距為R ,徑向速度為r V的目標回77?7。=T& - S)波信號相對發(fā)射信號有一延時 rt滿足 er,回波信號與發(fā)射信號間2iA* =5H-v/)= 2* 凡 Tj)存在高頻相位差r2,產生的頻率差為2k dt >，其中d f稱為多普勒頻率。零中頻混頻后，得到正交兩路IQ信Uj - kAcos(fdr + )號分別為1%=匕如】(7?+/),對于固定目標，多普勒頻率為0,所以輸出為包絡恒定的電平?；夭}沖的包絡調制頻率為多普勒頻率。動目標和固定目標的 示I路輸

18、出波形如圖3.6O(b)動目標(a)固定目標圖3.6動目標和固定目標的I路輸出波形2.動目標顯示原理在檢波器的輸出端，固定回波是一串振幅不變的脈沖，而運動目標是一串振幅調制的脈沖。消除目標最簡單的辦法就是相鄰重復周期的信號相減。幅度固定的目標回波信號相減后相互抵消；而幅度變化的運動目標回波相減后輸出相鄰重復周期振幅變化的部分。 一次數(shù)字相消器一次數(shù)字相消器如圖 3.7所示1% 3.7 MTJ 一次相消器組成和圖五、 實驗參數(shù)設置三個不同的失捕條件對應三個進程，分別為3、4、5。按動進程編號鈕。4設置實驗進程。按進程編號按鈕，直到實驗儀LED顯示器進程編號位顯示為所設置值。此時失捕條件改變，按確認按鈕。6確認設置。測量跟蹤時間和搜索時間。四、實驗數(shù)據一次相消實驗中對應包絡信號有目標處相消器輸出信號的幅度：1.20V二次相消系數(shù)與目標幅度測試二次相消系數(shù)1.51,51.82.02.22.42S固定目標的幅度(mv)78052014031.91445007EQ運動目標的幅度(v>LIE1.161J01.2。L201.201.20五