电子系统实验报告

电子系统
实验报告
班级：085203
学号：1080520309
专业：电子信息工程
姓名：郭晓江
同组人：罗昊李晗邹思博
院系：电子与信息工程学院
实验时间：2011/12/05
哈工大电子与信息工程学院电子工程系
实验二 连续波雷达测速实验
3.1 雷达测速原理
0022d r vf v f f f f c v c --⎛⎫=-=
≈ ⎪+⎝⎭
（如果v c <<）
图3-1 多普勒效应
3.2 连续波雷达测速实验仪器
图3-2 连续波雷达测速实验仪器原理框图
图3-3 测速雷达传感器
3.3 实验要求
本实验为演示实验，观察实验现象，并在PC 机使用Matlab 对实验数据进行分析。

实验要求：
1.掌握雷达测速原理，
2.了解连续波雷达测速实验仪器原理及使用，
3.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。

图3-4 雷达测速数据处理结果（例）
3.4 实验过程
1.每小组采集快中慢三组数据，每组数据2048点，采样频率为2048Hz
2.从每组数据中分别选取波形较好的512点，作出时域波形与频谱（图3-4），并求出目标速度，其中，发射波频率为10GHz 。

t (s)
U
Echo waveform
f (Hz)
U
Frequency Analysis
3.5 实验结果
第一组（慢速）：
对采集数据进行频谱分析（如图3-5）：
图3-5 所采集的2048点数据频谱分析
对采集数据选取较好的512点进行频谱分析（从第720点开始采集，如图3-6）：
图3-6 选取波形较好的512点数据频谱分析解得fd=33Hz，
代入前述测速原理公式的v=0.495m/s
表示所测物体以0.495m/s的速度向雷达运动。

第二组（中速）：
对采集数据进行频谱分析（如图3-7）：
图3-7 所采集的2048点数据频谱分析
对采集数据选取较好的512点进行频谱分析（从第1300点开始采集，如图3-8）：
图3-8 选取波形较好的512点数据频谱分析
解得fd=56Hz，
代入前述测速原理公式的v=0.84m/s
表示所测物体以0.84m/s的速度向雷达运动。

第三组（快速）：
对采集数据进行频谱分析（如图3-9）：
图3-9 所采集的2048点数据频谱分析
对采集数据选取较好的512点进行频谱分析（从第1537点开始采集，如图3-10）：
图3-10 选取波形较好的512点数据频谱分析
解得fd=63Hz，
代入前述测速原理公式的v=0.945m/s
表示所测物体以0.945m/s的速度向雷达运动。

3.6 结果分析
所做的慢中快三组实验，均采集到了实验数据较好的连续512点，达到了实验要求。

对三组实验采集的512点数据进行频谱分析，用matlab求出多普勒频移，分别得出33Hz、56Hz、63Hz。

代入公式后得出物体向雷达运动速度分别为0.495m/s、0.84m/s、0.945m/s，与实际实验速度吻合，达到了实验目的。

3.7 实验程序
clear;
fid=fopen('c.dat');%´ò¿ª²É¼¯Êý¾ÝÎļþ¡£a.dat/b.dat/c.dat
dataall=fscanf(fid,'%d');
for i=1:2048
output(i)=dataall(i+4+1);%½«²É¼¯Êý¾Ý´æÈëoutput
end
N=2048;
fs=2048;%²É¼¯ÆµÂÊ
figure(1)
subplot(211)
output(1:2048)=output(1:2048)-mean(output(1:2048));
plot((1:2048)/2048,output(1:2048));xlabel('t(s)');ylabel('U');title(' Echo waveform');grid on;
subplot(212)
X=fft(output(1:2048),N);
f=(0:N-1)*fs/N;
mag=abs(X);
mag=mag/max(mag);
plot(f(1:N/2),mag(1:N/2));xlabel('frequence(Hz)');ylabel('U');title(' Frequence Analysis');grid on;
figure(2)
startdata=1537;%½ØÈ¡Êý¾Ý¶Î¿ªÊ¼µÄϱꡣa.dat(720)/b.dat(1300)/c.dat(15 37)
for i=1:512
output(i)=dataall(i+4+startdata);
end
subplot(211)
output(1:512)=output(1:512)-mean(output(1:512));
plot((1:512)/2048,output(1:512));xlabel('t(s)');ylabel('U');title('Ec ho waveform');grid on;
subplot(212)
X=fft(output(1:512),N);
mag=abs(X);
mag=mag/max(mag);%·ùÖµ¹éÒ»»¯
plot(f(1:N/2),mag(1:N/2));xlabel('frequence(Hz)');ylabel('U');title(' Frequence Analysis');grid on;
fd=min(find(mag>=max(mag))*fs/N)%ÕÒ³ö×î¸ß·ùÖµµÄƵÂÊ¡£a.dat(33Hz)/b.da t(56Hz)/c.dat(63Hz)
v=3e-002*fd/2%ÇóËÙ¶Èa.dat(0.495m/s)/b.dat(0.84m/s)/c.dat(0.945m/s)
实验四 矩形脉冲串谱分析实验
5.1 矩形脉冲串谱结构
矩形脉冲串谱分析主要考虑脉冲宽度和脉冲数对频谱的影响，其中脉冲宽度用占空比相对衡量，典型的矩形脉冲串频谱图如下。

图5-1 典型的矩形脉冲串频谱图（例）
当趋向于脉冲无限多，脉冲宽度无限窄的理想状况时，矩形脉冲串的频谱就是其本身。

(())()
2n n FourierTrans t nT nW T W δδωπ
+∞
+∞
=-∞
=-∞
-=
-=∑
∑
5.2 实验原理
1.矩形脉冲结构：
00()0
E
t f t t τ<<⎧=⎨
⎩为其他值
进行傅里叶变换求的其频域特性：
2
()2j F E Sa e
ωτωτωτ-
⎛⎫= ⎪⎝⎭
如图5-2：
图5-2 典型的矩形脉冲频谱图（E=1，脉冲宽度为0.25）
2.当脉冲数为n 时：
时域：
()()()()()()000021f t f t f t T f t T f t n T
=+-+-++--… 频域： ()()122()12j j n T j T j T F E Sa e e e e ωτωωωωτωτ-----⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭…+
时域频域图见上述图5-1
5.3 实验要求
本实验为仿真实验。

实验要求：
1.掌握线矩形脉冲串频谱特性，
2.使用Matlab 对矩形脉冲串及其频谱仿真，
3.讨论脉冲宽度和脉冲串个数对频谱的影响。

5.4 实验过程
1.在不同脉冲宽度与脉冲串个数下，作矩形脉冲串时域图与频谱（如图5-1）
2.证：脉冲无限多，脉冲宽度无限窄的理想状况时，矩形脉冲串频谱就是其本身。

5.5 实验结果
占空比为15%，脉冲数为1：
占空比为15%，脉冲数为2：
占空比为15%，脉冲数为10：
占空比为15%，脉冲数为50：
占空比为15%，脉冲数为80：
占空比为15%，脉冲数为100：
占空比为25%，脉冲数为100：
占空比为5%，脉冲数为100：:
占空比为1%，脉冲数为100：
占空比为0.1%，脉冲数为100：
5.6 结果分析
在不同脉冲宽度与脉冲串个数下，矩形脉冲串时域图与频谱图如上所示。

可以得出当脉冲宽度不变时，脉冲数越多，时域越接近周期信号，而频域离散特性越明显。

当脉冲宽度不变时，对频域分析，纵轴归一化后，包络形状保持不变。

可以得出当脉冲数不变时，占空比越小，带宽越宽。

当脉冲无限多，脉冲宽度无限窄的接近理想状况时（如上图，当占空比为0.1%，脉冲数为100时），矩形脉冲串频谱接近其本身。

由(())()n n FourierTrans t nT nW δδω+∞+∞
=-∞=-∞-=-∑∑
知，当脉冲无限多，脉冲宽度无限窄的理想状况时，矩形脉冲串频谱就是其
本身。

5.7 实验程序
clear;
width=0.25;%通过调整width 调整占空比
n=100;%脉冲数
p=0;
t=-0.5:0.001:0.499;%T=1
ft=rectpuls(t-width/2+0.5,width); %¾ØÐÎÂö³åÐźÅ
ft=repmat(ft,[1,n]);%²úÉún¸ö¾ØÐÎÂö³å
subplot(211)
t=0:0.001:n-0.001;
plot(t,ft);
title('Âö³åÊý100£¬Õ¼¿Õ±È25%');
grid on ;
ylim([-0.2 1.2]);
subplot(212)
w=-360:0.001:360;
fw=width*sin(width*w/2+eps)./(width*w/2+eps);
for i=0:n-1
p=p+exp(-j*w*i*1);
end
fw1=fw*max(p);%°üÂç
fw=fw.*p;%ƵÆ×
plot(w/(2*pi),abs(fw),w/(2*pi),abs(fw1),'r-.');
legend('·ÂÕæƵÆ×','°üÂç');
xlim([-50 50]);。