无线电定位原理与技术

0
-15
-10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-15
-10
0 -4 -13.4
Chirp signal after matched filter
-5
0
5
Time in sec B
Chirp signal after matched filter
-5
0
5
Time in sec B
Chirp signal after matched filter (Zoom)
无线电定位原理与技术
助教：吴桂华，孙思博
Dept. of Electronic Engineering
无线电定位原理与技术
• 测速、测距、测角是雷达最基本的基本功能。随着技术不断提高， 新体制雷达不断涌现，雷达的基本功能在被强化的同时，许多新的 功能亦被开发，比如雷达成像，目标识别等等。
• 基于连续电磁波的测速雷达，使我们对雷达测速原理有了更清楚的 感性认识，对雷达工作的基本原理更好的把握和理解。
• 将相对运动所引起的接收频率与发射频率之间的差频称为多普勒频 率，用 表示用 f d 表示
fdfrf0 c2 vfv0c2vf0
fd
d
/22vr
实验一：连续波雷达测速实验
连续波发射机
测速传感器
混频器
传感器输出信号
放大滤波
AD
源自文库
串行接口
DSP
PC机 FFT
实验一：连续波雷达测速实验
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
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
• 雷达发射LFM脉冲信号，固定目标的回波时域表示：
S i(t) A re c t(t T tr)c o s(0 (t tr) k(t 2 tr)2)
• 对应的匹配滤波器的传输函数近似（大时宽带宽积下）为：
H()exp{j[(0)2]}
2k 4
0
2
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
实验三：矩形脉冲串谱分析实验
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。
1.2
1
0.8
0.6
0.4
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
• 在LFM信号时宽带宽积很大的时候，频谱近似：
S()A
2exp{j[(0)2
k
2k
]} 4
0
0
2
o th e r s
LFM信号能否近似的表示成为上式，取决于时宽带宽积D。当D越大， 近似程度越高，通常雷达体系中，D都在几千到几万，满足条件， 可以近似为上式。
• 匹配滤波器输出：
S0 Si()H()exp(jtd) A 2 ejtd
k
• 匹配滤波器时域输出：
So (t)
1
2
So ()ejtd
A D sin[ B(t td )] ei2 f0(ttd ) B(t td )
0
2
DBT
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
Amplitude
1
0.8
0.6
• 通过线性调频信号（LFM）、匹配滤波器和脉冲串谱分析的仿真实验， 利用数字信号处理理论，借助MatLab信号处理软件更好地掌握雷达 数字信号处理的整体过程。
实验内容 1. 连续波雷达测速实验（必做）
2. 线调频信号及匹配滤波仿真实验(二选一) （加分）
3.矩形脉冲串谱分析实验(二选一)
实验一：连续波雷达测速实验
实验一：连续波雷达测速实验
U
1 0.5
0 -0.5
-1 0
1000 800 600 400 200 0 0
Echo waveform
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
t (s)
Frequency Analysis
Fd=12.6953(Hz) Vr=0.18093(m/s)
5
10
15
20
25
30
f (Hz)
0.4
0.2
0
-15
-10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-15
-10
0 -4 -13.4
Chirp signal after matched filter
-5
0
5
Time in sec B
Chirp signal after matched filter
-5
0
5
Time in sec B
Chirp signal after matched filter (Zoom)
U
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
• LFM信号以其优越的频谱性能广泛应用于雷达和众多电子工程中， 匹配滤波器在相参滤波分析中也得到广泛的应用。
• 线调频（LFM）信号时域表达式：
S(t)Arect(T t )cos(0tk2 t2)
• k是调频斜率，并且与调制频偏 的关系是：
k 2f
TT
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
Real part of chirp signal
0.5
0
-0.5
-1
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Time in u sec
Magnitude spectrum of chirp signal
20
15
10
5
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Frequency in MHz
emulational sinc
10
15
emulational sinc
10
15
emulational sinc
Amplitude,dB
Amplitude,dB
-3
-2
-1
-0.5
0
0.5
1
2
3
Time in sec B
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
Amplitude
1
0.8
0.6
0.4
0.2
率和目标速度。
普勒频
4.分组完成实验任务，自己操作探头，获得实验数据。
实验一：连续波雷达测速实验
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1024Hz
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，并 求出目标速度，其中，发射波频率为10GHz（参考函数：data_open.m）
emulational sinc
10
15
emulational sinc
10
15
emulational sinc
Amplitude,dB
Amplitude,dB
-3
-2
-1
-0.5
0
0.5
1
2
3
Time in sec B
实验二：线调频信号及匹配滤波仿真实验
实验要求：
1.掌握线调频信号及其频谱特征， 2.使用Matlab对线调频信号及其频谱进行仿真 3.掌握匹配滤波理论， 4.使用Matlab线调频信号进行匹配滤波仿真。 5.讨论时宽带宽积对线调频信号频谱和匹配滤波的影响。