雷达信号处理的MATLAB仿真.doc

11目录
1. 设计的基本骤 1
雷达信号的产生 1
噪声和杂波的产生 1
2. 信号处理系统的仿真 1
正交解调模块 2
脉冲压缩模块 3
回波积累模块 3
恒虚警处理(CFAR)模块 4
结论 11
1 设计的基本骤
雷达是通过发射电磁信号,再从接收信号中检测目标回波来探测目标的。再接收信号中,不但有目标回波,也会有噪声(天地噪声,接收机噪声);地面、海面和气象环境(如云雨)等散射产生的杂波信号;以及各种干扰信号(如工业干扰,广播电磁干扰和人为干扰)等。所以,雷达探测目标是在十分复杂的信号背景下进行的,雷达需要通过信号处理来检测目标,并提取目标的各种信息,如距离、角度、运动速度、目标形状和性质等。
目标回波信号
杂波
热噪声
脉冲压缩
脉冲压缩
求模
恒虚警处理
视频积累
A/D转换器
数字下变频
低通滤波器
低通滤波器
复本振信号
至雷的达终端设备
数字化正交解调
I
Q
图3-6 设计原理图
2 信号处理系统的仿真
雷达信号处理的目的是消除不需要的信号(如杂波)及干扰,提取或加强由目标所产生的回波信号。雷达信号处理的功能有很多,不同的雷达采用的功能也有所不同,本文是对某脉冲压缩雷达的信号处理部分进行仿真。一个典型的脉冲压缩雷达的信号处理部分主要由A/D 采样、正交解调、脉冲压缩、视频积累、恒虚警处理等功能组成。因此,脉冲压缩雷达信号处理的仿真模型.
正交解调模块
雷达中频信号在进行脉冲压缩之前,需要先转换成零中频的I、Q 两路正交信号。中频信号可表示为:
()
式()中, f0 为载波频率。
令:
()
则
()
在仿真中,所有信号都是用离散时间序列表示的,设采样周期为T ,则中频信号为
f IF (rT ) ,同样,复本振信号采样后的信号为
flocal=exp(−jω 0rT ) ()
则数字化后的中频信号和复本振信号相乘解调后,通过低通滤波器后得到的基带信号f BB (r) 为:
()
式()中, h(n) 是积累长度为N 的低通滤波器的脉冲响应。
根据实际的应用,仅仅采用以奈奎斯特采样率进行采样的话,得不到较好混频信号和滤波结果,采样频率f s 一般需要中心频率的4 倍以上才能获得较好的信号的实部和虚部。当采样频率为f s = 4 f0时,ω0 T = /2,则基带信号可以简化为
()
使用Matlab 仿真正交解调的步骤:
产生理想线性调频信号y。
产生I、Q 两路本振信号。设f0为本振信号的中心频率,f s为采样频率,n为线性调频信号时间序列的长度,则I 路本振信号为cos(n2f0/fs),同样,Q路本振信号sin(n2f0/fs)。当f s = 4 f0 时,I、Q 两路本信号分别为cos(n/2)和sin( nπ/2)。
线性调频信号y 和复本振信号相乘,得到I、Q 两路信号。
I、Q 两路信号通过低通滤波器,滤除高频分量,以获得最终的检波结果。Matlab
提供了方便的滤波函数filter(b,a,x)。其中x 为输入信号,b,a 为滤波器传递函数的分子和分母的系数向量。
脉冲压缩模块
在进行脉冲压缩处理之前,首先要获得相应的雷达发射信号的匹配滤波器。在实际工程中,对脉冲压缩的处理往往是在频域实现的,因为这样可以利用FFT算法提高计算速度,然后将雷达回波与匹配滤波器的频域响应(脉冲压缩系数)相乘,再经过IFFT变换,从而得到脉冲压缩处理的结果,而不用进行卷积处理,大大降低了运算量。因此,在进行脉冲压缩处理仿真的时候,首先应当获取脉冲压缩处理的匹配滤波器或脉冲压缩系数。求线性调频信号的脉冲压缩系数比较简单,只需要将理想线性调频信号取共轭和翻转即可。
使用Matlab仿真线性调频信号脉冲压缩的步骤:
产生理想线性调频信号y ;
对信号正交解调, 得到解调后的信号fbb = fbb _ i + j * fbb _ q ;
产生理想线性调频脉冲压缩系数。这一步要首先求出正交解调后的信号fbb 的匹配滤波器,然后利用离散傅里叶变换求出脉冲压缩系数;
产生理想回波信号( signal ),对信号进行正交解调。理想回波信号是一个脉冲重复周期内雷达收到的回波信号,并假设目标为静止点目标;
脉冲压缩处理。首先对回波信号做离散傅里叶变换,得到signal_fft,然后将signal_fft与匹配滤波器的频域响应(脉冲压缩系数)相乘,再经过离散傅里叶反变换,从而得到脉冲压缩结果。设雷达发射信号为线性调频信号,具体参数如下:脉宽10μs、中心频率10MHz、调频带宽2MHz。对雷