隨機(jī)信號(hào)處理作業(yè)南理工(有程序)

./《隨機(jī)信號(hào)處理》上機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真報(bào)告學(xué)院：電子工程與光電技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師：顧紅日期：2014年11月10日題目1：<問(wèn)題>線(xiàn)性調(diào)頻脈沖信號(hào),時(shí)寬10us,帶寬543MHz,對(duì)該信號(hào)進(jìn)行匹配濾波后,即脈壓處理,處理增益為多少？脈壓后的脈沖寬度為多少？并用圖說(shuō)明脈壓后的脈沖寬度,內(nèi)差點(diǎn)看3dB帶寬,以該帶寬說(shuō)明距離分辨率與帶寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系。建議補(bǔ)充：比較矩形視頻脈沖信號(hào)、矩形包絡(luò)單個(gè)中頻脈沖信號(hào)、線(xiàn)性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)匹配濾波,說(shuō)明脈壓后的脈沖3dB寬度變化,與原脈沖的寬度比較得出壓縮比即增益。另外,通過(guò)仿真加噪聲0dB信噪比來(lái)看脈壓后信噪比有沒(méi)有提升。<理論分析>：〔1線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)〔LFM是雷達(dá)中常用的信號(hào),其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中為載波頻率,為矩形信號(hào)：當(dāng)TB>1時(shí),LFM信號(hào)特征表達(dá)式如下：〔2在輸入為確知加白噪聲的情況下,所得輸出信噪比最大的線(xiàn)性濾波器就是匹配濾波器。線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)疊加上噪聲其表達(dá)式為：白噪聲條件下,匹配濾波器的脈沖響應(yīng)：<仿真程序>：B=543e6;%帶寬〔這里設(shè)置帶寬為學(xué)號(hào)后三位,程序段=1\*GB3①?gòu)倪@行開(kāi)始fs=10*B;%采樣頻率ts=1/fs;T=10e-6;%脈寬10μsN=T/ts;%采樣點(diǎn)數(shù)t=linspace<-T/2,T/2,N>;K=B/T;a=1;%這里調(diào)頻信號(hào)幅值假設(shè)為1%%線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)si=a*exp<j*pi*K*t.^2>;figure<1>plot<t*1e6,si>;xlabel<'t/μs'>;ylabel<'si'>;title<'線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)時(shí)域波形圖'>;gridon;sfft=fft<si>;f=<0:length<sfft>-1>*fs/length<sfft>-fs/2;%f=linspace<-fs/2,fs/2,N>;figure<2>plot<f*1e-6,fftshift<abs<sfft>>>;xlabel<'f/MHz'>;ylabel<'sfft'>;title<'線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)頻域波形圖'>;gridon;axis<[-300,300,-inf,inf]>;%程序段=1\*GB3①到這行結(jié)束%%疊加高斯白噪聲ni=rand<1,N>;disp<'輸入信噪比為:'>;SNRi=10*log10<a^2/var<ni>/2>xi=ni+si;figure<3>plot<t*1e6,real<xi>>;xlabel<'t/us'>;ylabel<'xi'>;title<'疊加噪聲后實(shí)際信號(hào)時(shí)域波形圖'>;x1fft=fft<xi>;%輸入信號(hào)頻譜f=<0:length<x1fft>-1>*fs/length<x1fft>-fs/2;figure<4>plot<f*1e-6,fftshift<abs<x1fft>>>;xlabel<'f/MHz'>;ylabel<'x1fft'>;title<'疊加噪聲后實(shí)際信號(hào)頻譜圖'>;gridon;%%匹配濾波器ht=exp<-j*pi*K*t.^2>;x2=conv<ht,xi>;L=2*N-1;ti=linspace<-T,T,L>;ti=ti*B;%換算為B的倍數(shù)X2=abs<x2>/max<abs<x2>>;figure<5>plot<ti,20*log10<X2+1e-6>>;xlabel<'t/B'>;ylabel<'匹配濾波幅度'>;title<'匹配濾波結(jié)果圖'>;gridon;axis<[-3,3,-4,inf]>;%%計(jì)算信噪比X22=abs<x2>;%實(shí)際信號(hào)n2=conv<ht,ni>;%噪聲n22=abs<n2>;s2=conv<ht,si>;%信號(hào)s22=abs<s2>;SNRo=<max<s22>^2>/<var<n2>>/2;disp<'輸出信噪比為：'>;SNRo=10*log10<SNRo>disp<'信噪比增益為：'>;disp<SNRo-SNRi>%%匹配濾波器的幅頻特性hw=fft<ht>;f2=<0:length<hw>-1>*fs/length<hw>-fs/2;f2=f2/B;hw1=abs<hw>;hw1=hw1./max<hw1>;plot<f2,fftshift<20*log<hw1+1e-6>>>;xlabel<'f/B'>;ylabel<'幅度'>;title<'匹配濾波器的幅頻特性圖'>;%%匹配濾波器處理后的信號(hào)Sot=conv<si,ht>;subplot<211>L=2*N-1;t1=linspace<-T,T,L>;Z=abs<Sot>;Z=Z/max<Z>;Z=20*log10<Z+1e-6>;Z1=abs<sinc<B.*t1>>;Z1=20*log10<Z1+1e-6>;t1=t1*B;plot<t1,Z,t1,Z1,'r.'>;axis<[-15,15,-50,inf]>;gridon;legend<'emulational','sinc'>;xlabel<'Timeinsec\times\itB'>;ylabel<'Amplitude,dB'>;title<'匹配濾波器處理后信號(hào)'>;subplot<212>N0=3*fs/B;t2=-N0*ts:ts:N0*ts;t2=B*t2;plot<t2,Z<N-N0:N+N0>,t2,Z1<N-N0:N+N0>,'r.'>;axis<[-inf,inf,-50,inf]>;gridon;set<gca,'Ytick',[-13.4,-4,0],'Xtick',[-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3]>;xlabel<'Timeinsec\times\itB'>;ylabel<'Amplitude,dB'>;title<'匹配濾波器處理后信號(hào)〔放大'>;%%輸出頻譜xfft=fft<x2>;f3=<0:length<xfft>-1>*fs/length<xfft>-fs/2;xfft1=abs<xfft>;xfft1=xfft1./max<xfft1>;figure<7>plot<f3/B,fftshift<20*log<xfft1+1e-6>>>;xlabel<'f/B'>;ylabel<'幅度'>;title<'輸出信號(hào)頻譜圖'>;<仿真結(jié)果與分析>：對(duì)于一個(gè)理想的脈沖壓縮系統(tǒng),要求發(fā)射信號(hào)具有非線(xiàn)性的相位譜,并使其包絡(luò)接近矩形；其中就是信號(hào)s<t>的復(fù)包絡(luò)。由傅立葉變換性質(zhì),S<t>與s<t>具有相同的幅頻特性,只是中心頻率不同而已。因此,Matlab仿真時(shí),只需考慮S<t>。以下Matlab程序段=1\*GB3①產(chǎn)生S<t>,并作出其時(shí)域波形和幅頻特性,如圖figure1~4所示。FigureSEQFigure\*ARABIC1將其進(jìn)行放大后可得：FigureSEQFigure\*ARABIC2FigureSEQFigure\*ARABIC3將其進(jìn)行放大后可得：FigureSEQFigure\*ARABIC4FigureSEQFigure\*ARABIC5FigureSEQFigure\*ARABIC6FigureSEQFigure\*ARABIC7FigureSEQFigure\*ARABIC8FigureSEQFigure\*ARABIC9處理增益為多少？實(shí)際上根據(jù)仿真結(jié)果理論上LFM信號(hào)壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱(chēng)為壓縮比D：處理增益：根據(jù)時(shí)寬為10us,帶寬為543MHz的處理增益為：誤差為脈壓后的脈沖寬度為多少？并用圖說(shuō)明脈壓后的脈沖寬度線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)匹配濾波器后脈沖寬度被大大壓縮。處理后脈寬：<3>內(nèi)差點(diǎn)看3dB帶寬,以該帶寬說(shuō)明距離分辨率與帶寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系。改變兩目標(biāo)的相對(duì)位置,可以分析線(xiàn)性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的分辨率。仿真程序默認(rèn)參數(shù)的距離分辨率為：建議補(bǔ)充：比較矩形視頻脈沖信號(hào)、矩形包絡(luò)單個(gè)中頻脈沖信號(hào)、線(xiàn)性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)匹配濾波,說(shuō)明脈壓后的脈沖3dB寬度變化,與原脈沖的寬度比較得出壓縮比即增益。另外,通過(guò)仿真加噪聲0dB信噪比來(lái)看脈壓后信噪比有沒(méi)有提升。線(xiàn)性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)中加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波clc;clearall;closeall;T=10e-6;B=543e6;fs=4000e6;t=0:1/fs:T;K=B/T;si=cos<K*pi*t.^2>;ht=cos<K*pi*<T-t>.^2>;xi=conv<si,ht>;xi_guiyi=xi/max<xi>;figure;plot<si>;figure;plot<xi>;%%%%%%%figure10figure;plot<xi_guiyi>;%%線(xiàn)性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)中加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波si_addnoise=awgn<si,0>;xi_addnoise=conv<si_addnoise,ht>;figure;plot<si_addnoise>;figure;plot<xi_addnoise>;%%%%%%figure11FigureSEQFigure\*ARABIC10siFigureSEQFigure\*ARABIC11xi_addnoise%%產(chǎn)生矩形視頻脈沖信號(hào)si_rect_baseband=[zeros<1,4>ones<1,30>zeros<1,4>];ht_rect_baseband=ones<1,30>;xi_rect_baseband=conv<si_rect_baseband,ht_rect_baseband>;figure;plot<si_rect_baseband>;figure;plot<xi_rect_baseband>;FigureSEQFigure\*ARABIC12矩形視頻脈沖信號(hào)siFigureSEQFigure\*ARABIC13矩形視頻脈沖信號(hào)xi%%產(chǎn)生矩形中頻脈沖信號(hào),匹配濾波fs_mf=600;t=0:1/fs_mf:0.2;si_rect_mf=cos<2*pi*50*t>;ht_rect_mf=cos<2*pi*50*<0.2-t>>;xi_rect_mf=conv<si_rect_mf,ht_rect_mf>;figure;plot<si_rect_mf>;figure;plot<xi_rect_mf>;FigureSEQFigure\*ARABIC14產(chǎn)生矩形中頻脈沖信號(hào)siFigureSEQFigure\*ARABIC15產(chǎn)生矩形中頻脈沖信號(hào)xi%%矩形視頻脈沖信號(hào)加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波si_rect_baseband_addnoise=[zeros<1,4>awgn<ones<1,30>,0>zeros<1,4>];xi_rect_baseband_addnoise=conv<si_rect_baseband_addnoise,ht_rect_baseband>;figure;plot<si_rect_baseband_addnoise>;figure;plot<xi_rect_baseband_addnoise>;FigureSEQFigure\*ARABIC16矩形視頻脈沖信號(hào)加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波siFigureSEQFigure\*ARABIC17矩形視頻脈沖信號(hào)加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波xi%%矩形中頻脈沖信號(hào)加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波si_rect_mf_addnoise=awgn<si_rect_mf,0>;xi_rect_mf_addnoise=conv<si_rect_mf_addnoise,ht_rect_mf>;figure;plot<si_rect_mf_addnoise>;figure;plot<xi_rect_mf_addnoise>;FigureSEQFigure\*ARABIC18矩形中頻脈沖信號(hào)加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波siFigureSEQFigure\*ARABIC19矩形中頻脈沖信號(hào)加入白噪聲、信噪比0dB、匹配濾波xi題目2：<問(wèn)題><學(xué)號(hào)末尾3,7>兩個(gè)數(shù)據(jù)文件,第一個(gè)文件數(shù)據(jù)中只包含一個(gè)正弦波,通過(guò)MATLAB仿真計(jì)算信號(hào)頻譜和功率譜來(lái)估計(jì)該信號(hào)的幅度,功率,頻率和相位。對(duì)第二個(gè)文件數(shù)據(jù)估計(jì)其中正弦波的幅度,功率和頻率？寫(xiě)出報(bào)告,包含理論分析,仿真程序及說(shuō)明,誤差精度分析等。第一文件調(diào)用格式loadFileDat01_1s1,數(shù)據(jù)在變量s1中；第二文件調(diào)用格式loadFileDat01_2s,數(shù)據(jù)在變量s中。<仿真程序>：load<'FileDat01_1.mat'>load<'FileDat01_2.mat'>fs=1e6;%%〔假設(shè)采樣率為1MHZ>t=0:1e-6:4.095e-3;%%<數(shù)據(jù)時(shí)間軸f=linspace<-fs/2,fs/2,4096>;%%〔數(shù)據(jù)頻率軸s1fft=fftshift<fft<s1>/4096>;%%〔信號(hào)做4096點(diǎn)fft>s2fft=fftshift<fft<s>/4096>;as1=abs<s1fft>;%%<信號(hào)的功率譜as2=abs<s2fft>;ph1=angle<s1fft>*180/pi;%%〔信號(hào)的相位譜ph2=angle<s2fft>*180/pi;s1P=abs<s1fft>.*abs<s1fft>;%%〔信號(hào)的功率譜s2P=abs<s2fft>.*abs<s2fft>;figure<1>;plot<t*1000,s1>;xlabel<'時(shí)間'>;ylabel<'s1'>;title<'s1信號(hào)'>;figure<2>;plot<f/1000,as1>;xlabel<'頻率'>;ylabel<'幅度'>;title<'幅度譜'>;figure<3>;plot<f/1000,ph1>;xla