哈工大无线定位原理与技术实验报告

无线电定位原理与技术

实验报告

课程名称：无线电定位原理与应用

院系：电子工程系

班级：1305203

姓名：黄晓明、大头光

学号：指导教师：张云

实验时间：12周周二，13周周二

实验成绩：

电信学院

实验一 调频法测距实验

2.1 实验要求

1.掌握调频法测距原理

2.利用给定的仿真信号通过MA TLAB 编程计算线性调频信号的参数（带宽，中心频率，时宽，调频斜率）并计算目标的距离。

2.2 线性调频脉冲测距实验

图2-1 线性调频信号与反射回波

反射回波相对于发射的线性调频信号产生了固定时延或固定频差F ∆

。假设目标处于静止状态，总的频偏F ∆为

2R F c

α

∆=

（2.1）

根据该式可以反推出距离R 。

图1线性调频信号与反射回波时域图

图2混频后频谱图

图3

根据公式

2c F

R α

∆=

(2.2)

解得R=750m ，与5us 延迟一致。 积化和差公式：

1

cos cos [cos()cos()]2

αβαβαβ=++-

(2.3)

实验二 连续波雷达测速实验

3.1 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. 采集运动物体回波数据，并在PC 机使用Matlab 对实验数据进行分析。

4. 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。

3.2 雷达测速原理

00022d 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

连续波发射机

混频器

放大滤波

测速传感器

AD 采集

串行接口PC 机

图3-2 连续波雷达测速实验仪器原理框图

图3-3 连续波雷达内部原理图

图3-4 测速雷达与采集板3.3 I Q正交双通道

图3-5 IQ 正交双通道处理

积化和差公式如下：

1

cos sin [sin()sin()]

21

cos cos [cos()cos()]

2

αβαβαβαβαβαβ=+--=++-

(3.1)

所以信号格式

()()signal signal I j signal Q =-⨯

(3.2)

I 路信号相位领先Q 路信号π/2。

测速雷达给出的数据为混频后的多普勒频率I ，Q 双通道数据。利用复信号傅里叶变换可以得到单边的频谱。并通过多普勒频率的计算公式逆推出物体的运动速度。

3.4 实验过程

1.采集了一组数据，采样频率为2048Hz 。

2.从数据中选取波形较好的512点，做出时域波形与频谱，并求出目标速度。其中，雷达发射波频率为24.15GHz 。

信号采集界面如下：

图3-6 雷达数据采集界面

选取一段回波进行matlab 数据分析：

图1

图2

图3

图4

3.5 实验代码

a=importdata('HXM.txt');

I=a(1:512,1); %分别从a中取出第一列和第二列数据

Q=a(1:512,2);

figure(1);

plot(0:1/2048:511/2048,I); %采样频率为2048Hz,取512个点

title('I路信号'); %由此确定横轴坐标以及间隔

xlabel('时间/s');

ylabel('幅度');

figure(2);

plot(0:1/2048:511/2048,Q);

title('Q路信号');

xlabel('时间/s');

ylabel('幅度');

S=I-j*Q;

b=fft(S);

b(1)=0; %因为存在直流分量，所以要将零频处的c=abs(fftshift(b)); %值置零

[value,position]=max(c) %进行归一化

d=c/value;

figure(3);

plot(-1024:2048/512:1024-4,d);

title('雷达测速数据处理结果');

xlabel('频率/Hz');

ylabel('归一化幅度');

f=-52 %由归一化幅度图中得到多普勒频率，利lan=3*10^8/(24.15*10^9) %用公式求解速度，速度为负说明采用

v=f*lan/2 %的数据段是手离开雷达时测得的数据3.5 实验结果

雷达载波波长：

多普勒频率：

速度：

利用雷达测得的数据共有两列，一列作为I路数据，见图2，一列作为Q路数据，见图1。对这两列数据表示成的复信号做傅里叶变换，所得的结果在零频处有一个冲激，如图3。因为信号的均值不为零，存在直流分量。因此要去掉直流分量，令信号的频谱在该处为零即可。然后进行归一化，得到归一化幅度图，见图4。利用光标取得多普勒频率为-52Hz，由相关公式求解得到速度为0.3230m/s，负号代表测速时手正在离开雷达。