哈工大無線定位原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

必1富商7玄北，學(xué)XJWSTITUTEOFTECBNOLOtiY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(jí)：1305203姓名：黃曉明、大頭光學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：張?jiān)茖?shí)驗(yàn)時(shí)間：12周周二，13周周二實(shí)驗(yàn)成績(jī)：電信學(xué)院

實(shí)驗(yàn)一調(diào)頻法測(cè)距實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)要求掌握調(diào)頻法測(cè)距原理利用給定的仿真信號(hào)通過MATLAB編程計(jì)算線性調(diào)頻信號(hào)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。2.2線性調(diào)頻脈沖測(cè)距實(shí)驗(yàn)雷達(dá)發(fā)射的連續(xù)線性調(diào)頻信號(hào)與目標(biāo)反射回波如圖2-2所示反射回波相對(duì)于發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生了固定時(shí)延或固定頻差\尸。假設(shè)目標(biāo)處于靜止?fàn)顟B(tài)，總的頻偏AF為（2.1）2（2.1）AF=一

c根據(jù)該式可以反推出距離R。根據(jù)該式可以反推出距離R。圖1線性調(diào)頻信號(hào)與反射回波時(shí)域圖□3|■H圖2混頻后頻譜圖口笆日命|序|囹兌秘?混A寸座.[.曰國(guó)|?工3」3.09743.□9753.0975^.09753.C976時(shí)間房X1O'&□3|■H圖2混頻后頻譜圖3.09743.□9753.0975^.09753.C976時(shí)間房X1O'&根據(jù)公式R=—(2.2)2a解得R=750m,與5us延遲一致。積化和差公式：coscccosP=-(2.3)[cos(cc)+cos(cc-P)]實(shí)驗(yàn)二連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)要求掌握雷達(dá)測(cè)速原理。了解連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)儀器原理及使用。采集運(yùn)動(dòng)物體回波數(shù)據(jù)，并在PC機(jī)使用Matlab對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用Matlab對(duì)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(cè)速原理<<c)圖3-1多普勒效應(yīng)3.2連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)儀器圖3-2連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)儀器原理框圖圖3-3連續(xù)波雷達(dá)內(nèi)部原理圖圖3-4測(cè)速雷達(dá)與采集板3.3IQ正交雙通道圖3-5IQ正交雙通道處理積化和差公式如下:1TOC\o"1-5"\h\zcosasrnp=[sip(^+P)-sin(a一。)](3.1)cosacosP=-[cos(a2+P)+cos(a-P)]所以信號(hào)格式\o"CurrentDocument"signal=signal(I)-jxsignal(Q)(3.2)I路信號(hào)相位領(lǐng)先Q路信號(hào)n/2測(cè)速雷達(dá)給出的數(shù)據(jù)為混頻后的多普勒頻率I,Q雙通道數(shù)據(jù)。利用復(fù)信號(hào)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)過程采集了一組數(shù)據(jù)，采樣頻率為2048Hz。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(hào)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:

圖1雷達(dá)測(cè)速數(shù)據(jù)處理結(jié)果3.5實(shí)驗(yàn)代碼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路信號(hào)')xlabel('時(shí)間/s')ylabel('幅度')figure(2)plot(0:1/2048:511/2048,Q)title('Q路信號(hào)')xlabel('時(shí)間/s')ylabel('幅度')S=Ij*Qb=fft(S)b(1)=0c=abs(fftshift(b))[value,position]=max(c)d=c/valuefigure(3)plot(1024:2048/512:10244,d)title('雷達(dá)測(cè)速數(shù)據(jù)處理結(jié)果')xlabel('頻率/Hz')ylabel('歸一化幅度')f=52lan=3*10八8/(24.15*10八9)v=f*lan/23.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果%分別從a中取出第一列和第二列數(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(cè)得的數(shù)據(jù)雷達(dá)載波波長(zhǎng)：Ian=0.0124多普勒頻率：速度：利用雷達(dá)測(cè)得的數(shù)據(jù)共有兩列，一列作為路數(shù)據(jù)，見圖2,一列作為Q路數(shù)據(jù)，見圖1。對(duì)這兩列數(shù)據(jù)表示成的復(fù)信號(hào)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?hào)的均值不為零，存在直流分量。因此要去掉直流分量，令信號(hào)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）.3230m/s，負(fù)號(hào)代表測(cè)速時(shí)手正在離開雷達(dá)。實(shí)驗(yàn)三線調(diào)頻信號(hào)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(duì)給定的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波信號(hào)頻率：0-10Mhz；信號(hào)時(shí)長(zhǎng)：10us采樣率：40Mhz復(fù)線性調(diào)頻信號(hào)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。根據(jù)上文給定的信號(hào)參數(shù)自行構(gòu)造和系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)畫出參考函數(shù)頻譜。畫出匹配濾波后時(shí)域圖像，分析脈沖位置與系統(tǒng)函麴0的關(guān)系標(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(hào)譜分析線調(diào)頻(LFM)信號(hào)時(shí)域表達(dá)式:s(t)=Arect(—)cos(①J+止)式中：rect(')是矩形函數(shù)，k是調(diào)頻斜率，并且與調(diào)制頻偏△④的關(guān)系是:T,△①2丸頌

k=—=—TTT為時(shí)域波形寬度，簡(jiǎn)稱時(shí)寬；B=2Af為調(diào)頻范圍。簡(jiǎn)稱頻寬。D=BT為時(shí)寬帶寬積，是線性調(diào)頻信號(hào)一個(gè)很重要的參數(shù)。LFM信號(hào)的頻譜近似為：+-]}2kothers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。2k線調(diào)頻信號(hào)匹配濾波雷達(dá)發(fā)射LFM脈沖信號(hào)Arelt定目標(biāo)的回波時(shí)域表示：TOC\o"1-5"\h\zi0rt—tk(t—t)2、rr)T2對(duì)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：H(①)=exp{j[(?0F)2_]}?-①V剪2k40212匹配濾波器輸出：S0=S(①)H(①)exp(-j?嗎)況八,=Ae-j?^Yk代入相關(guān)參數(shù)，△①=2丸B,k=2丸B[T，①=2丸f匹配濾波器時(shí)域輸出：001坷SQ)=赤』S。(Qe網(wǎng)如.-8lsin[丸B(t一t)]=柿丸B(t-tje眼"一")時(shí)寬帶寬積：D=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)下降到一4dB處的寬度為輸出脈沖的脈寬To，并且有To=1，所以脈沖壓縮比：T=BT=D03.1.2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?hào)并進(jìn)行離散傅里葉變換，利用時(shí)域卷積定理將頻域信號(hào)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(hào)。代碼如下：f1=load('C:\Users\Lenovo\Desktop\EXPERIMENT_3_DNA.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);title(輸出信號(hào)頻譜')；figure(2);g=abs(ifftshift(ifft(G,N)));value=max(g);g=g/value;gx=20*log10(g);plot(t,gx);title('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3-1

圖3-2

3.1.4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=*(S)H(w)exp(-j叫)=A―揶由此可知”變化會(huì)引起輸出信號(hào)脈沖位置的平移。=A―揶2、分析主旁瓣比:圖3-4主旁瓣比二一m一=20725-12.963.2實(shí)驗(yàn)要求畫出給定信號(hào)的時(shí)域圖像，分析信號(hào)頻譜。利用給定的信號(hào)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。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

伸為也+Tp的時(shí)間長(zhǎng)度，作傅立葉變換后并作共軛，和接收信號(hào)的傅立葉變換相乘后，作傅立葉逆變換，取前AT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(duì)匹配函數(shù)要補(bǔ)更多的零，對(duì)接收信號(hào)也要補(bǔ)零。脈壓處理過程的如圖3-4所示，其中虛框部分可事先計(jì)算好，以減小運(yùn)算量。一丁一■/FFT共軛相乘IFFT參考信號(hào)3?2?2實(shí)驗(yàn)過程一丁一■/FFT共軛相乘IFFT參考信號(hào)導(dǎo)入回波信號(hào)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行時(shí)域翻折得到參考信號(hào)。由傅里葉變換性質(zhì)可知，頻域共軛相乘等價(jià)于時(shí)域共軛卷積，故對(duì)兩時(shí)域信號(hào)進(jìn)行共軛周期卷積(離散傅里葉變換對(duì)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:\Users\Lenovo\Desktop\EXPERIMENT_3_DATA.txt');f11=f1(：,1).'；f12=f1(:,2).';fa=f11+j*f12;form=1:400fb(400-m+1)=f11(m)-j*f12(m);endfs=40000000;T=1/fs;N=400;fre=fs/N;n=1:799;fc=conv(fa,fb);value=max(fc);fc=fc/value;fcx=20*log10(fc);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(3);subplot(211);plot(m*T,fa);title(輸入信號(hào)時(shí)域波形);subplot(212);plot(m*fre,Fa);title(輸入信號(hào)頻域波形);figure(4);subplot(211);plot(m*T,fb);titl