脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真
姓名：--------
学号：----------
2014-10-28
西安电子科技大学
一、雷达工作原理
雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。
雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。
二、线性调频（LFM）信号
脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter）压缩脉冲。
LFM信号的数学表达式：
（2.1）
其中c f 为载波频率，()t rect T
为矩形信号： （2.2）
其中B K T
=是调频斜率，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，如图
（图2.1.典型的LFM 信号（a ）up-LFM(K>0)（b ）down-LFM(K<0)）
将式1改写为：
（2.3）
其中
（2.4）
是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心
频率不同而以，因此，Matlab仿真时，只需考虑S(t)。以下Matlab程序产生(2.4）的
LFM信号，并作出其时域波形和幅频特性。
%%线性调频信号的产生
T=10e-6; %持续时间是10us
B=30e6; %调频调制带宽为30MHz
K=B/T; %调频斜率
Fs=2*B;Ts=1/Fs; %采样频率和采样间隔N=T/Ts; N=T/Ts;
t=linspace(-T/2,T/2,N);
St=exp(j*pi*K*t.^2); %产生线性调频信号
subplot(211)
plot(t*1e6,real(St));
xlabel('时间/us');
title('LFM的时域波形');
grid on;axis tight;
subplot(212)
freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);
plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));
xlabel('频率/MHz');
title('LFM的频域特性');
grid on;axis tight;
精品文档 雷达原理实验指导书 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 2013年3月
精品文档 目录 雷达原理实验课的任务和要求 (1) 雷达原理实验报告格式 (2) 实验一雷达信号波形分析实验 (3) 雷达信号波形分析实验报告 (5) 实验二. 数字式目标距离测量实验 (6) 数字式目标距离测量实验报告 (8)
雷达原理实验课的任务和要求 雷达原理实验课的任务是：使学生掌握雷达的基本工作原理和雷达测距、测角、测速的基本方法和过程；掌握雷达信号处理的基本要求，为了达到上述目的,要求学生做到： 1.做好实验前准备工作 预习是为做好实验奠定必要的基础，在实验前学生一定要认真阅读有关实验教材，明确实验目的、任务、有关原理、操作步骤及注意事项，做到心中有数。 2.严谨求实 实验时要求按照操作步骤进行，认真进行设计和分析，善于思考，学会运用所学理论知识解释实验结果，研究实验中出现的问题。 3.遵从实验教师的指导 要严格按照实验要求进行实验，如出现意外，要及时向老师汇报，以免发生意外事故。 4.注意安全 学生实验过程中，要熟悉实验室环境、严格遵守实验室安全守则。 5.仪器的使用 使用仪器前要事先检查仪器是否完好，使用时要严格按照操作步骤进行，如发现仪器有故障，应立即停止使用，报告老师及时处理，不得私自进行修理。 6.实验报告 实验报告包括下列内容：实验名称、实验日期、实验目的、简要原理、主要实验步骤的简要描述、实验数据、计算和分析结果，问题和讨论等。
雷达原理实验报告格式 一、封皮的填写： （1）实验课程名称：雷达原理 （2）实验名称：按顺序填写 （3）年月日： 二、纸张要求：统一采用A4大小纸张，左侧装订，装订顺序与实验顺序一致。 三、书写要求： （1）报告除实验图像必须打印外，其余可手写。 （2）实验结果图位于实验结果与分析部分，图像打印于纸张上部，下部空白处写实验分析。 （3）报告中图要有图序及名称，表要有表序及名称，每个实验的图序和表序单独标号（例如图1.1脉冲信号仿真波形；表1-1 几种信号的。。。）。 不合格者扣除相应分数。 （4）每个实验均需另起一页书写。 四、关于雷同报告：报告上交后，如有雷同，则课程考核以不及格处理。（每个实验均已列 出参数可选范围，不能出现两人所有参数相同情况）
现代雷达信号处理技术及发展趋势 摘要：自二战以来，雷达就广泛应用于地对空、空中搜索、空中拦截、敌我识别等领域，后又发展了脉冲多普勒信号处理、结合计算机的自动火控系统、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。随着科技的不断进步，雷达技术也在不断发展，现代雷达已经具备了多种功能，如反隐身、反干扰、反辐射、反低空突防等能力，尤其是在复杂的工作环境中提取目标信息的能力不断得到加强。例如，利用雷达系统中的信号处理技术对接收数据进行处理不仅可以实现高精度的目标定位与跟踪, 还能够在目标识别和目标成像、电子对抗、制导等功能方面进行拓展, 实现综合业务的一体化。 一、雷达的起源及应用 雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达最为一种重要的电磁传感器，在国防和国民经济中应用广泛，最大特点是全天时、全天候工作。雷达由天线、发射机、接收机、信号处理机、终端显示等部分组成。 雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。
脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真 姓名：-------- 学号：---------- 2014-10-28 西安电子科技大学
一、 雷达工作原理 雷达，是英文Radar 的音译，源于radio detection and ranging 的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。 二、 线性调频（LFM ）信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation ）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter ）压缩脉冲。 LFM 信号的数学表达式： （2.1） 其中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号： （2.2）
现代雷达信号检测报告
现代雷达信号匹配滤波器报告 一 报告的目的 1.学习匹配滤波器原理并加深理解 2.初步掌握匹配滤波器的实现方法 3.不同信噪比情况下实现匹配滤波器检测 二 报告的原理 匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，下面从实信号的角度 来说明匹配滤波器的形式。一个观测信号)(t r 是信号与干扰之和，或是单纯的干扰)(t n ，即 ? ??+=)()()()(0t n t n t u a t r (1) 匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，对线性处理采用最大信噪比准则。以)(t h 代表线性系统的脉冲响应，当输入为(1)所示时，根据线性系统理论，滤波器的输出为 ?∞ +=-=0)()()()()(t t x d h t r t y ?τττ (2) 其中 ?∞ -=0 0)()()(τττd h t u a t x ， ?∞ -=0 )()()(τττ?d h t n t (3) 在任意时刻，输出噪声成分的平均功率正比于 [ ] ??∞∞=?? ? ???-=0 20202 |)(|2)()(|)(|τττττ?d h N d h t n E t E (4) 另一方面，假定滤波器输出的信号成分在0t t =时刻形成了一个峰值，输出信 号成分的峰值功率正比于 2 02 2 0)()()(? ∞ -=τττd h t u a t x (5) 滤波器的输出信噪比用ρ表示，则
[ ] ?? ∞ ∞ -= = 2 02 02 2 20|)(|2)()(| )(|) (τ ττ ττ?ρd h N d h t u a t E t x (6) 寻求)(τh 使得ρ达到最大，可以用Schwartz 不等式的方法来求解.根据Schwartz 不等式，有 ??? ∞ ∞ ∞ -≤-0 20 2 02 0|)(||)(|)()(τττττ ττd h d t u d h t u (7) 且等号只在 )()()(0*τττ-==t cu h h m (8) 时成立。由式(1)可知匹配滤波器的脉冲响应由待匹配的信号唯一确定，并且是该信号的共轭镜像。在0=t t 时刻，输出信噪比SNR 达到最大。 在频域方面，设信号的频谱为 ，根据傅里叶变换性质可知，匹配滤 波器的频率特性为 (9) 由式(9)可知除去复常数 c 和线性相位因子 之外，匹配滤波器的频率 特性恰好是输入信号频谱的复共轭。式 (2)可以写出如下形式： (10) (11) 匹配滤波器的幅频特性与输入信号的幅频特性一致，相频特性与信号的相位谱互补。匹配滤波器的作用之一是：对输入信号中较强的频率成分给予较大的加权，对较弱的频率成分给予较小的加权，这显然是从具有均匀功率谱的白噪声中过滤出信号的一种最有效的加权方式；式(11)说明不管输入信号有怎样复杂的非线性相位谱，经过匹配滤波器之后，这种非线性相位都被补偿掉了，输出信号仅保留保留线性相位谱。这意味着输出信号的各个频率分量在时刻达到同相位，同相相加形成输出信号的峰值，其他时刻做不到同相相加，输出低于峰值。 匹配滤波器的传输特性 ,当然还可用它的冲激响应 来表示，这时有：
基本雷达信号处理流程 一、脉冲压缩 窄带（或某些中等带宽）的匹配滤波： 相关处理，用FFT数字化执行，即快速卷积处理，可以在基带实现（脉冲压缩）快速卷积，频域的匹配滤波 脉宽越小，带宽越宽，距离分辨率越高； 脉宽越大，带宽越窄，雷达能量越小，探测距离越近； D=BT（时宽带宽积）； 脉压流程： 频域：回波谱和参考函数共轭相乘 时域：相关 即输入信号的FFT乘上参考信号FFT的共轭再逆FFT； Sc=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S))); Task1 f0=10e9;%载频tp=10e-6;%脉冲宽度B=10e6;%信号带宽fs=100e6;%采样率 R0=3000;%目标初始距离N=4096;c=3e8;tau=2*R0/c;beita=B/tp;t=(0:N-1)/fs; Sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*beita*(t-tp/2-tau).^2).*exp(-2j* pi*f0*tau);%回波信号 x 107
S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).^2);%发射信号（参考信号） x 10 -5 x 10 -5 x 10 7 So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));%脉压 figure(7); plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)))%归一化dB grid on -400 -350-300-250-200-150-100-500
二、去斜处理（宽带的匹配滤波） 去斜处理“有源相关”，通常用来处理极大带宽的LFM波形（如果直接采样的话因为频带很宽所以在高频的时候需要的采样率就很大，采样点数就很多，所以要经过去斜处理） Stretch方法是针对线性调频信号而提出的，其方法是将输入信号与参考信号（经适当延迟的本振信号，延迟量通常由窄带信号测距结果估计出）混频，则每一个散射点就对应一个混频后的单频分量，对混频输出的信号进行DFT处理，即可获得目标的距离像，对参考信号的要求是应具有与输入信号相同的调频斜率。 去斜处理流程： 输入信号输出信号 参考信号 混频过程为回波信号在时域与参考信号的共轭相乘 混频后得到一个瞬时频率和目标距离成正比的单频信号，对其进行频谱分析即可得到目标的距离像； 去斜处理一般情况下可降低信号带宽； %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 去斜处理仿真程序 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc;clear all;close all; B=10e6;%带宽10MHz tp=10e-6;%脉宽10us k=B/tp;%LFM系数 fs=50e6; R0=3e3;R1=2000;R2=3500;R=5000; c=3e8; f0=60e6; N=round(2*R/c*fs); fft_N=2^nextpow2(N); t=linspace(0,2*R/c,N);
一种雷达信号处理模块的设计和实现 一种雷达信号处理模块的设计和实现 现代雷达特别是机载雷达数字信号处理机的特点是输入数据多，工作模式复杂，信息处理量大。因此，在一个实时信号处理系统中，雷达信号处理系统要同时进行高速数据分配、处理和大量的数据交换.而传统的雷达信号处理系统的设计思想是基于任务，设计者针对应用背景确定算法流程，确定相应的系统结构，再将结构划分为模块进行电路设计。这种方法存在一定的局限性。 首先，硬件平台的确定会使算法的升级受到制约，由此带来运算量加大、数据存储量增加甚至控制流程变化等问题。此外，雷达信号处理系统的任务往往不是单一的，目前很多原来由模拟电路完成的功能转由数字器件来处理。系统在不同工作阶段的处理任务不同，需要兼顾多种功能。这些问题都对通用性提出了进一步要求[2].随着大规模集成电路技术、高速串行处理及各种先进算法的飞速发展，利用高速DSP和FPGA相结合的系统结构是解决上述问题的有效途径。 1雷达信号处理机方案设计 1.1雷达信号处理的目的 现代机载雷达信号处理的任务繁重，主要功能是在空空方式下将AD 数据录取后进行数字脉压处理、数据格式转换和重排、加权降低频谱副瓣电平，然后进行匹配滤波或相参积累（FFT或DFT）、根据重复频率的方式进行一维或二维CFAR处理、跟踪时测角等运算后提取出点迹目标送给
数据处理机。空地方式下还要进行地图（如RBM和SAR）等相关图像成像处理，最后坐标转换成显示数据送给显控处理机。 上述任务需要基于百万门级可编程逻辑器件FPGA与高性能DSP芯片作为信号处理模块，以充分满足系统的实时性要求，同时为了缩短机载雷达系统的研制周期和减少开发经费，设计的基本指导思想是通用化的信号处理模块，可以根据不同要求，通过软件自由修改参数，方便用户使用。 1.2系统模块化设计方案 的功能模块，除了信号处理所必需的脉冲压缩模块、为MTD模块作准备的数据重排模块、FIR滤波器组模块、求模模块、恒虚警处理模块和显示数据存储模块外，还包括雷达同步信号和内部处理同步产生模块、自检数据产生模块以及不同测试点测试数据采样存储模块。这些模块更加丰富了系统的功能，使得雷达系统的研制者能够更方便地测试和观察信号处理各功能模块的工作情况。 主要功能模块的具体功能描述如下: （1）正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务，中频接收机输出的信号先通过A/D转换器进行采样，然后进行正交解调，以获得中频信号的基带信号（也称为中频信号的复包络）的I、Q两路正交信号，采样的速率和精度是需要考虑的首要问题，采样系统引起的失真应当被限定在后续信号处理任务所要求的误差范围内。 （2）脉冲压缩模块是在发射峰值功率受限的情况下，使用匹配滤波器将接收到的宽脉冲信号变成窄脉冲且保持能量不变，以获得更高的距离
1.单项选择题 1 . 用脉冲响应不变法进行IIR数字滤波器的设计，它的主要缺点是频谱的( )所产生的现象。B A. 干扰 B. 交叠 C. 冲击 D. 阶跃 2 . 用窗函数法设计FIR数字滤波器时，过渡带的宽度不但与窗的类型有关，还与窗的( )有关。得分: 5 A A. 采样点数 B. 采样频率 C. 采样范围 D. 采样周期 3 . 当采样频率不满足奈奎斯特采样定理时,就会发生频谱的( )。得分: 5 D A. 采样 B. 非采样 C. 不混叠 D. 混叠 4 . δ(n)的z变换是（）。A A. 1 B. δ(w) C. 2πδ(w) D. 2π 5 . 无限长单位冲激响应（IIR）滤波器的结构是（）型的。C A. 非递归 B. 反馈 C. 递归 D. 不确定 6 . 若数字滤波器的单位脉冲响应h（n）是对称的，长度为N，则它的对称中心是（）。 B A. N/2 B. （N-1）/2 C. （N/2）-1 D. 不确定 7 . y(n)+0.3y(n-1) = x(n)与y(n) = -0.2x(n) + x(n-1)是( )。C A. 均为IIR B. 均为FIR C. 前者IIR，后者FIR D. 前者FIR, 后者IIR
8 . 对于序列的傅立叶变换而言,其信号的特点是（）D A. 时域连续非周期，频域连续非周期 B. 时域离散周期，频域连续非周期 C. 时域离散非周期，频域连续非周期 D. 时域离散非周期，频域连续周期 9 . 实序列的傅里叶变换必是( )。A A. 共轭对称函数 B. 共轭反对称函数 C. 奇函数 D. 偶函数 10 . 若序列的长度为M，要能够由频域抽样信号X(k)恢复原序列，而不发生时域混叠现象，则频域抽样点数N需满足的条件是( )。A A. N≥M B. N≤M C. N≤2M D. N≥2M 2.判断题 1. y(n)=x2(n)+3所代表的系统是时不变系统。√ 2. 用窗函数法设计FIR数字滤波器时，改变窗函数的类型可以改变过渡带的宽度。√ 3. 有限长序列的N点DFT相当于该序列的z变换在单位圆上的N点等间隔取样。× 4. 一个线性时不变离散系统是因果系统的充分必要条件是：系统函数H(z)的极点在单位圆内。× 5. 对正弦信号进行采样得到的正弦序列必定是周期序列。√ 6. 在离散傅里叶变换中引起混迭效应的原因是因为为采样时没有满足采样定理。√ 7. 在A/D变化之前让信号通过一个低通滤波器，是为了限制信号的最高频率，使其满足当采样频率一定时，采样频率应大于等于信号最高频率2倍的条件。此滤波器亦称为“平滑”滤波器。× 8. 在D/A变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，是为了滤除高频延拓谱，以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化，故友称之为“抗折叠”滤波器。× 9. 如果采样频率过低，再DFT计算中再频域出现混迭线性，形成频谱失真；需提高采样频率来克服或减弱这种失真。√
基本雷达信号处理流程 一、脉冲压缩 窄带（或某些中等带宽）的匹配滤波： 相关处理，用FFT 数字化执行，即快速卷积处理，可以在基带实现（脉冲压缩） 快速卷积，频域的匹配滤波 脉宽越小，带宽越宽，距离分辨率越高 ； 脉宽越大，带宽越窄，雷达能量越小，探测距离越近； D=BT （时宽带宽积）； 脉压流程： 频域：回波谱和参考函数共轭相乘 时域：相关 即输入信号的FFT 乘上参考信号FFT 的共轭再逆FFT ； Sc=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S))); FFT 输入信号 共轭相乘逆FFT 参考信号的FFT 匹配滤波器 输出 Task1 f0=10e9;%载频tp=10e-6;%脉冲宽度B=10e6;%信号带宽fs=100e6;%采样率 R0=3000;%目标初始距离N=4096;c=3e8;tau=2*R0/c;beita=B/tp;t=(0:N-1)/fs; Sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*beita*(t-tp/2-tau).^2).*exp(-2j*pi*f0*tau);%回波信号 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 012345678910 x 10 7 20 40 60 80 100 120
S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).^2);%发射信号（参考信号） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5x 10 -5 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5x 10 -5 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 012345678910x 10 7 20 40 60 80 100 120 So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));%脉压 figure(7); plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)))%归一化dB grid on 01000200030004000500060007000 -400 -350-300-250-200-150-100-500
一种雷达通用信号处理系统的实现与应用 一种雷达通用信号处理系统的实现与应用 FPGA是一种现场可编程器件，设计灵活方便可以反复修改内部逻辑，适用于算法结构比较简单、处理速度较高的情况。DSP是一种基于指令集的处理器，适于大信息、复杂算法的信息处理场合。鉴于两种处理器件自身优势，FPGA+DSP信号处理架构，已成为信号处理系统的常用结构。但当前FPGA+DSP的信号处理平台或者是基于某些固定目的，实现某些固定功能，系统的移植性、通用性较差。或者仅仅简要介绍了平台的结构没有给出一些具体的实现。本文提出的基于FPGA+DSP通用信号处理平台具有两种处理器的优点，兼颐速度和灵活性，而且可以应用在不同雷达信号处理系统中，具有很强的通用性。本文举例说明该系统在连续波雷达和脉冲雷达中的典型应用。1系统资源概述1．1处理器介绍本系统FPGA选择Altera公司的EP2S60F1020。Stratix II FPGA采用TSMC的90nm 低k绝缘工艺技术。Stratix II FPGA支持高达1Gb·s-1的高速差分I／O信号，满足新兴接口包括LVDS，LNPECL和HyperTransport标准的高性能需求，支持各种单端I／O接口标准。EP2S60系列内部有48352个ALUT；具有2544192bit的RAM 块，其中M512RAM(512bit)329个，M4K RAM(4kbit)255个，M-RAM(512kbit)2个。具有嵌入式DSP块36个，等效18bit×18bit乘法器144个；具有加强型锁相环EPLL4个，
快速锁相环FPLL8个。这些锁相环具有高端功能包括时钟切换，PLL 重新配置，扩频时钟，频率综合，可编程相位偏移，可编程延迟偏移，外部反馈和可编程带宽等。本系统DSP选择ADI公司的ADSP TS201。它有高达600MHz的运行速度，1．6ns的指令周期；有24MB的片内DRAM；双运算模块，每个计算块包含1个ALU，一个乘法器，1个移位器，1个寄存器组和1个通信逻辑单元(CLU)；双整数ALU，提供数据寻址和指针操作功能；集成I／O接口，包括14通道的DMA控制器，外部端口，4个链路口，SDRAM控制器，可编程标识引脚，2个定时器和定时器输出引脚等用于系统连接；IEEE1149．1兼容的JTAG端口用于在线仿真；通过共享总线可以无缝连接多达8个TigerSHARC DSP。1．2FPGA+DSP结构由于FPGA和DSP各自的自身优势，FPGA+DSP信号处理架构已成为信号处理系统的常用结构。一般情况下FPGA+DSP的拓扑结构会根据需要进行不同的连接，这就导致这种结构的专用性，缺乏灵活性。对于一个通用处理平台要考虑到各种不同的信号通路，因此大部分通用FPGA+DSP平台都采取各个处理器间均有通路的方式。这种拓扑结构灵活方便，可以满足各种不同的通路需求，这种结构的缺点就是硬件设计的复杂以及可能会有资源浪费。对于这种通用FPGA+DSP 结构，FPGA与各个DSP之间均有连接，不同之处便是DSP之间的拓扑结构。一般分两种，一是高速外部总线口耦合结构组成多DSP 系统，这种结构可以实现多DSP共享系统内的资源，系统内的个处理器可以共享RAM，SDRAM和主机等资源，还可共享其他处理器核
11目录 1. 设计的基本骤 (1) 1.1 雷达信号的产生 (1) 1.2 噪声和杂波的产生 (1) 2. 信号处理系统的仿真 (1) 2.1 正交解调模块 (2) 2.2 脉冲压缩模块 ............................................... 2.3 回波积累模块 ............................................... 2.4 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。 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.
2.1 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: 0()()cos(2())IF f t A t f t t π?=+ (3.2) 式(3.2)中， f 0 为载波频率。 令: 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.3) 则 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.4) 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 f local =exp(?j ω 0rT ) (3.5) 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: 11 000{()cos()}(){()sin()}()N N BB IF IF n n f f r n r n T h n j f r n r n T h n ωω--==-----∑∑ (3.6) 式(3.6)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 f 0时，ω0 T = π/2，则基带信号可以简化为 110(){()cos()}(){()sin()}()22N N BB IF IF n n f r f r n r n h n j f r n r n h n ππ --==-----∑∑ (3.7) 使用Matlab 仿真正交解调的步骤： （1） 产生理想线性调频信号y 。 （2） 产生I 、Q 两路本振信号。设f 0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(n2πf 0/f s ),同样，Q 路本振信 号sin(n2πf 0/f s )。当f s = 4 f 0 时，I 、Q 两路本信号分别为cos(πn/2)和sin( n π /2)。 （3） 线性调频信号y 和复本振信号相乘,得到I 、Q 两路信号。
北京工业大学 通信系统工程应用训练报告 专业：通信工程 学生姓名：刘莹莹 指导教师：席大林 完成时间：2016年4月29日
目录 训练十一 DFT性质研究 (1) 训练十二 DFT及抽样定理研究 (13) 训练十三数字滤波器制作 (20) 训练十四 IIR数字滤波器设计与实现 (25) 训练十五线性卷积计算 (46) 训练十六 FIR数字滤波器设计与实现 (55)
训练十一 DFT性质研究 验证dft函数正确性 设置原始输入信号为x[8]={{1,0},{2,0},{3,0},{4,0},{5,0},{6,0},{7,0},{8,0}}，将输入信号x[8]进行DFT正变换，dft(X,x,8,1)，输出保存在X[8]，如下： 可以看到，输入信号x(n)已经变换到频域X(k)，且仍为8位。再对X[8]进行DFT反变换，dft(x,X,8,-1)，重新得到x[8]，观察得到的输出与原始输入数据是否相同。 结果如下： 可以看到，输出的x[8]取值仍为 x[8]={{1,0},{2,0},{3,0},{4,0},{5,0},{6,0},{7,0},{8,0}}，证明经过DFT正反变换后，
信号能够恢复原始信号。
根据帕塞瓦尔定理，应有时域、频域总能量相等：。经过计算，时域、频域能量和分别为，证明时域、频域能量和相同，符合帕塞瓦尔定理。 综上，证明DFT变换正确。 A、补0效应研究 原数组： x[8]={{1,0},{2,0},{3,0},{4,0},{5,0},{6,0},{7,},{8,0}} 示例程序中补0后数组为： x2[16]={{1,0},{2,0},{3,0},{4,0},{5,0},{6,0},{7,0},{8,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0} ,{0,0},{0,0},{0,0},{0,0}} 补0方式 我使用的补0方式为： for(i=8;i<13;i++)x2[i]=COMPLEX(0,0); 补0后数组为： x2[13]={{1,0},{2,0},{3,0},{4,0},{5,0},{6,0},{7,0},{8,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0} ,{0,0}} 结果分析与图 在时域中，信号长度增加，由于所增加的项均为零，波形仍与未补0时相同 未补零时的信号时域图
雷达系统中的信号处理技术 摘要本文介绍了雷达系统及雷达系统信号处理的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测几种现代雷达技术，雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，通过MTD来探测动目标，通过恒虚警（CFAR）来实现整个系统对目标的检测。 关键词雷达系统正交采样脉冲压缩MTD 恒虚警检测 1雷达系统概述 雷达是Radar（Radio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。典型的雷达系统如图1，它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。 图1雷达系统框图
随着现代电子技术的不断发展，特别是数字信号处理技术、超大规模集成数字电路技术、计算机技术和通信技术的告诉发展，现代雷达信号处理技术正在向着算法更先进、更快速、处理容量更大和算法硬件化方向飞速发展，可以对目标回波与各种干扰、噪声的混叠信号进行有效的加工处理，最大程度低剔除无用信号，而且在一定的条件下，保证以最大发现概率发现目标和提取目标的有用信息。 雷达发射机产生符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由雷达接收机接收，然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的相关信息。 雷达信号处理的流程如下： 图 2 雷达信号处理流程 2雷达信号处理的主要内容 雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。信号处理消除不需要的杂波，通过所需要的目标信号，并提取目标信息。内容包括雷达信号处理的几个主要部分：正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测。 正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务。采样的速率和精度是需要考虑的首要问题，采样系统引起的失真应当被限定在后续信号处理任务所要求的误差范围内，直接中频数字正交采样是当代雷达的主要技术之一。脉冲压缩技术在现代雷达系统中得到了广泛的应用。脉冲压缩雷达既能保持窄脉冲雷达的高距离分辨力，又能获得脉冲雷达的高检测力，并且抗干扰能力强。现在，脉冲压缩雷达使用的波形正在从单一的线性调频发展到时间、频率、编码混合调制，在尽可能不增加整机复杂度的条件下实现雷达性能的提升。杂波抑制是雷达需要具备的重要功能之一。动目标指示与检测是通过回波多普勒频移的不同来区分动目标和固定目标，通过设计合理的滤波器（组），就可以把目标号和杂波分开。
雷达信号处理技术与系统设计 第一章绪论 1、1 论文的背景及其意义 近年来,随着电子器件技术与计算机技术的迅速发展,各种雷达信号处理技术的理论与应用研究成为一大热门领域。 雷达信号的动目标检测(MAD)就是利用动目标、地杂波、箔条与气象干扰在频谱上的差别,抑制来自建筑物、山、树、海与雨之类的固定或低速杂波信号。区分运动目标与杂波的基础就是它们在运动速度上的差别,运动速度不同会引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等,这就可以从频率上区分不同速度目标的回波。固定杂波的中心频率位于零频,很容易设计滤波器将其消除。但对于运动杂波,由于其多普勒频移未知,不能像消除固定杂波那样很容易地设计滤波器,其抑制就变得困难了从本质上来讲,雷达信号的检测问题就就是对某一坐标位置上目标信号“有”或“无”的判断问题。最初,这一任务由雷达操作员根据雷达屏幕上的目标回波信号进行人工判断来完成。后来,出现了自动检测技术,一开始为固定或半固定门限检测,这种体制下当干扰与杂波功率水平增加几分贝,虚警概率将急剧增加,以至于显示器画面饱与或数据处理过载,这时即使信噪比很大,也不能作出正确的判断。为克服这些问题进而发展了自适应恒虚警(Constant FalseAlarm Rate,CFAR)检测。CFAR检测使得雷达在多变的背景信号中能够维持虚警概率的相对稳定,这种虚警概率的稳定性对于大多数的雷达,如搜索警戒雷达、跟踪雷达、火控雷达等。
第二章 雷达信号数字脉冲压缩技术 2、1 引言 雷达脉冲压缩器的设计实际上就就是匹配滤波器的设计。根据脉冲压缩系统实 现时的器件不同,通常脉冲压缩的实现方法分为两类,一类就是用模拟器件实现的 模拟方式,另一类就是数字方式实现的,主要采用数字器件实现。 脉冲压缩处理时必须解决降低距离旁瓣的问题,否则强信号脉冲压缩的旁瓣 会掩盖或干扰附近的弱信号的反射回波。这种情况在实际工作中就是不允许的。采 用加权的方法可以降低旁瓣,理论设计旁瓣可以达到小于-40dB 的量级。但用模拟技术实现时实际结果与理论值相差很大,而用数字技术实现时实际输出的距离旁瓣与理论值非常接近。数字脉压以其许多独特的优点正在或已经替代模拟器件进行脉冲压缩处理。 2、2 数字脉压实现方法 用数字技术实现脉冲压缩可采用时域方法或频域方法。至于采用哪种方法。 要根据具体情况而定,一般而言,对于大时宽带宽积信号,用频域脉压较好;对 于小时宽带宽积信号,用时域脉压较好。 2.2.1 时域卷积法实现数字脉压 时域脉冲压缩的过程就是通过对接收信号)(t s 与匹配滤波器脉冲响应)(t h 求卷积的方法实现的。根据匹配滤波理论,)()(0*t t s t h -=,即匹配滤波器就是输入信号的共轭镜像,并有响应的时移0t 。 用数字方法实现时,输入信号为)(n s ,起匹配滤波器为)(n h ,即匹配滤波器的输出为输入离散信号)(n s 与其匹配滤波器)(n h 的卷积
现代信号处理方法及工程应用的研究 班级：研1102 学号：2011020058 姓名：赵鹏飞 摘要 本文首先介绍了时频发展的基本概念和比较成熟的时频分析方法一一短时Fourier分析。然后给出了实际转子振动信号的时频分析。其次，介绍了二进小波分析，并应用二进小波分析实现了对透平压缩机信号的监测分析，得到了压缩机原始信号在不同频率段分解的细节信号和逼近信号。用小波分析和谱分析相结合的方法对某国产电机的噪声进行了分析，找出了人的听闭不阅的几个高谱峰位置，进行了空气动力噪声计算，通过与理论计算结果进行对比分析，进一步找出了产生该频闻谱峰的几个原因。第三，介绍了谐波小波和分形的基本原理。对车辆的一般振动信号和复杂振动信号进行了分形分析。第四，对车辆传动系的振动信号进行了检测分析与故障诊断。首先对汽车传动系进行了模态测试与分析，然后对汽车传动系各部分在垂直方向上的相对振动幅值进行了测试与分析。根据上述测试分析并综合其它因素得出了结论。 关键词:小波分析，分形，故障诊断，信号 第一章绪论 世界从本质上说是非线性的，线性是非线性的特殊情况:以非线性为特征的非线性科学是一门跨学科的综合性基础科学，旨在揭示非线性系统的共同性质、基本特征和运动规律。当前研究非线性科学的主要工具有Fourier变换(STFT)、小波分析(Wavelet Analysis)、分形理论、人工神经网络等。 1.1时频分析的发展及应用 Fourier分析方法的应用，使科学与技术研究领域发生了具大的变化，从而极大地推动了经济发展乃至社会变革，目前在信号处理与图象处理方面Fourier 变换是不可缺少的分析工具。在机械设备状态监测与诊断系统中，应用最广泛也是最成功的就是基于Fourier变换的各种分析方法:许多在时域分析困难的问
附录一——MATLAB信号处理程序 %% 1、准备工作 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 开始 clc; clear; close all; clear vars; %% 雷达波形参数定义及说明 f1=1e3; % 最低频率 f2=11e3; % 最高频率 B=f2-f1; % 信号带宽 T=1e-2; % 信号扫频时宽(10ms) c=3e8; % 电磁波空间传播速度 f0=(f1+f2)/2; % 雷达工作频率（中心频率）(3kHz) fs=1e5; % 采样率(100kHz) N_signal_T=round(fs*T); % 单周期信号的数据点数 number_of_signal_period=400; % 脉冲信号的周期个数 duty_ratio=0.5; % 信号占空比 T_signal=T/duty_ratio; % 脉冲信号周期 %% 导入AD数据时频分析 [FileName,PathName] = uigetfile('C:\Users\XYB\Desktop\课程设计之雷达信号分析处理\AD数据\USB (3).dat','Select the USB.dat file'); f = fullfile(PathName,filesep,FileName); fid = fopen(f,'r'); data = fscanf(fid,'%x'); fclose(fid); data = data(1:2:end)*256 + data(2:2:end); %将16进制转换为10进制 datsgn = data./1000; %单位换算（mV->V） %转化为有符号数（去直流） datsgn=datsgn-mean(datsgn); %时域波形 figure; plot([0:1/fs:(length(datsgn)-1)/fs],datsgn); xlabel('时间/s') ylabel('振幅/V') title('LFMCW时域波形') %频谱图 N=1024; datfft = (2/N)*fftshift(fft(datsgn(1:N))); nordat = abs(datfft)/max(abs(datfft)); %对信号做FFT并归一化 figure; plot([-length(datfft)/2:(length(datfft)/2- 1)].*(fs/N),20*log10(abs(nordat)));
训练一信号与系统函数编程 训练目的 1﹑学会将信号与系统函数转变成计算机程序。 2﹑基本掌握将数学函数转变为程序函数的技巧与规范。 3﹑了解理论函数与程序函数的差异。初步认识计算机适用范围。 训练介绍 1﹑数学函数转化问题 把根据数学函数编写的C函数子程序称为程序函数。数学函数与程序不可能完全一致。一是计算机运算都有一个范围，所做运算超出范围便会出错；二是因为计算机不能做除零运算，这会产生一除法错，理论函数无此限制。所以要求在编写程序函数时一定要结合实际应用情形来确定如何编写，不能简单照搬数学函数。三是程序函数不象数学函数那样易于进行代数运算或者具有某种运算性质，例如理论上的冲击函数，则不易编写对应的函数子程序，所以数学函数并不能全由计算机的程序函数完全实现。一般在将一数学函数转变为一计算机上程序函数时，要具体情况具体处理。编写程序函数有一些规范和注意事项： （1）数学函数当中若有除法运算，需仔细函数奇异值的处理，须通过程序中的判断和特殊处理使程序函数返回正确值。 （2）数学函数中跳变点的极限值，常取左右极限的均值，程序函数中以右极限作为函数的取值。若特殊需要，须与数学函数完全一致，则仍按数学函数规定取值。 （3）所有函数子程序的输入与输出参量尽量规定为double型，建议不用float型，这是出于规范考虑。 （4）所有程序函数的输入输出参量声明时写成如下形式： Double function(Type out1,Type out2,... Type in1,Type in2,...) Double function(Type out1,Type out2,...
Type io1,Type io2,... Type in1,Type in2,...) 即，输出变量占一行，输入输出变量占一行，输入变量占一行。输入变量的第一个参量为主变量。 （5） 尽量减少函数变量个数，例如sin(t)有两个参数，编程只 需实现sin(x)。 （6） 每个函数子程序须有适当文字注释，注释的内容包括索引号， 对应的理论函数，编者姓名及日期，函数的功能﹑定义域﹑值域，使用举例等。说明应简洁清楚，以备能长期正确使用。 （7） 程序函数块内的小块以一空行进行分割，程序函数体之间， 以2、3空行行分割。组织一个函数库文件时应将功能,特征相近的函数子程序归在一起。各分类块间应有适当的注释说明。 2﹑以下以单位阶跃U(t)、方波和函数 ] )3][()1[(2 2 2 2 2 2b a b a b a h +-+-+= 三种信号函数为例进行编程示范： 训练内容 0 1、斜变函数R(t)= t ，t>0 2、锯齿波：f(t)=t / T,0≤t