巴克码信号处理的计算机仿真

巴克码信号处理的计算机仿真侯民胜(北京航空工程技术研究中心　北京　100076)摘　要:巴克码信号是二相编码信号的一种,在PD 雷达中得到了广泛应用。

对巴克码信号进行匹配滤波处理可使输出信噪比达到最大。

介绍了匹配滤波器的设计原理,给出白噪声匹配滤波器的传递函数模型。

在Matlab/Simulink 平台上,建立雷达发射信号为巴克码信号时匹配滤波器的仿真模型。

计算机仿真表明,巴克码信号经匹配滤波器后脉冲宽度被压缩,信噪比得到了显著提高。

该滤波器的脉冲压缩功能,解决了一般脉冲雷达通过增加脉冲宽提高作用距离与距离分辨力下降的矛盾。

关键词:巴克码信号;信号处理;匹配滤波器;信噪比;计算机仿真中图分类号:TN95312 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)232075203Computer Simulation of Signal Processing of B arker CodeHOU Minsheng(Beijing Aeronautical Technology Research Center ,Beijing ,100076,China )Abstract :Barker code signal ,one of the two 2phase code signal ,is used widely in PD radar.Matched filter processing can make the output SNR reach the maximum.The design principle of matched filter is introduced ,and the model of transfer func 2tion of matched filter for white noise is given.Based on Matlab/Simulink ,the simulation model of matched filter for Baker code signal is setup.The simulation show that the pulse width is pressed when the Baker code signal through a matched filter ,and the SNR is enhanced evidently.This matched filter solved the conflict between the raising of detection range and the falling of the range resolution in common pulse radar by pulse pressing.K eywords :Barker code signal ;signal processing ;matched filter ;SNR ;computer simulation收稿日期:2008205212 现代雷达要求既能探测远距离目标,又要有高的距离分辨力[1]。

摘要本课程设计介绍了一种简单的关于双音多频信号的产生与检测的方法。

首先设计了关于双音多频（DTMF）信号的产生与检测的电路图，其中核心部件是MT8870和MC74HC4511；然后通过matlab仿真软件完成对双音多频信号的检测，并采用Goertzel算法对信号进行频谱分析。

关键字：双音多频信号，matlab，Goertzel目录第1章绪论....................................... 错误！未定义书签。

第2章双音多频（DTMF）信号的设计 ................. 错误！未定义书签。

2.1设计目的及意义 .............................. 错误！未定义书签。

2.2双音多频（DTMF）信号的组成 .................. 错误！未定义书签。

2.3DTMF信号的应用 .............................. 错误！未定义书签。

2.4仿真软件介绍 ................................ 错误！未定义书签。

PROTEL软件概述 ................................. 错误！未定义书签。

MATLAB软件概述 ................................. 错误！未定义书签。

2.5电路设计中的核心器件 ........................ 错误！未定义书签。

2.6主要参数设置 ................................ 错误！未定义书签。

3.1双音多频信号的产生 .......................... 错误！未定义书签。

3.2双音多频信号检测 ............................ 错误！未定义书签。

3.3MATLAB工具箱函数GOERTZEL...................... 错误！未定义书签。

*****************实践教学*****************兰州理工大学计算机与通信学院2013年秋季学期通信系统综合训练题目：巴克码识别器的设计与仿真专业班级：姓名：学号：指导教师：彭铎成绩：摘要巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组，它是一种非周期序列。

是目前已找到的最常用的群同步码字之一。

它具有尖锐的自相关特性，便于与随机的数字信息相区别，易于识别，出现伪同步的可能性小。

本次课程设计是在掌握群同步码巴克码的基础上，利用MATLAB完成对巴克码识别器的设计。

关键字：巴克码识别器，MATLAB目录前言 (1)1．基本原理 (2)1.1目的及意义 (2)1.2群同步 (2)1.3巴克码 (3)1.4系统设计框图 (3)1.5MATLAB仿真软件 (4)2．系统分析 (6)2.1巴克码的发生 (6)2.2巴克码的判决 (7)2.3巴克码的同步 (8)2.4群同步码 (9)2.5移位寄存器 (10)2.6同步字符的识别性能 (11)3．系统设计与调试 (13)3.1设计思路 (13)3.2调试结果： (14)设计总结 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录 (19)前言同步是通信系统中一个重要的实际问题。

通信系统中的同步可分为载波同步、位同步、帧同步等几大类。

在通信系统中，同步具有相当重要的地位。

通信系统能否有效地、可靠地工作，很大程度上依赖于有无良好的同步系统。

因此，如何使系统同步，如何保持同步，成为现代数字通信系统设计者所面临的重要课题。

在数字通信时，一般总是以一定数目的码元组成一个个的“字”或“句”，即组成一个个的“群”进行传输的。

因此，在接收这些数字流时，同样也必须知道这些“字”、“句”的起止时刻，在接收端产生与“字”、“句”起止时刻相一致的定时脉冲序列，统称为群同步或帧同步。

群同步信号的频率很容易由位同步信号经分频而得出。

但是，每个群的开头和末尾时刻却无法由分频器的输出决定。

巴克码—线性调频脉冲多普勒雷达matlab代码%% 雷达系统仿真 %%% 发射信号为13位巴克码和线性调频混合调制的信号，线性调频的中心频率为30MHz， % 调频带宽为4MHz，每一位码宽为10微秒，发射信号的帧周期为1毫秒 % 该雷达具有数字化正交解调、数字脉冲处理、固定目标对消、动目标检测(MTD)、 % 和恒虚警(CFAR)处理等功能close all;clear all;clc;%%%%%%%%%%%%%%% 产生雷达发射信号 %%%%%%%%%%%%% code=[1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1]; % 13位巴克码tao=10e-6; % 脉冲宽度10usfc=28e6; % 调频信号起始频率f0=30e6; % 调频信号中心频率fs=100e6; % 采样频率ts=1/fs; % 采样间隔B=4e6; % 调频信号调频带宽t_tao=0:1/fs:tao-1/fs; % 调制信号，对于线性调频来说，调制信号就是时间序列N=length(t_tao);k=B/fs*2*pi/max(t_tao); % 调制灵敏度，也就是线性调频的步进系数n=length(code);pha=0;s=zeros(1,n*N);for i=1:nif code(i)==1pha=pi;else pha = 0;ends(1,(i-1)*N+1:i*N)=cos(2*pi*fc*t_tao+k*cumsum(t_tao)+pha);endt=0:1/fs:n*tao-1/fs;figure,subplot(2,1,1),plot(t,s); xlabel('t(单位:S)'),title('混合调制信号(13为巴克码+线性调频)'); s_fft_result=abs(fft(s(1:N)));subplot(2,1,2),plot((0:fs/N:fs/2-fs/N),abs(s_fft_result(1:N/2)));xlabel('频率(单位:Hz)'),title('码内信号频谱');%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 产生脉冲压缩系数 %%%%%%%%%%%%%%%% %--------------------- 正交解调 --------------------% N=tao/ts;n=0:N-1;s1=s(1:N);local_oscillator_i=cos(2*pi*f0/fs*n); % I路本振信号local_oscillator_q=sin(2*pi*f0/fs*n); % Q路本振信号fbb_i = local_oscillator_i.*s1; % I路解调fbb_q = local_oscillator_q.*s1; % Q路解调window=chebwin(51,40); % 50阶cheby窗的FIR低通滤波器[b,a]=fir1(50,2*B/fs,window);fbb_i=[fbb_i,zeros(1,25)]; % 因为该FIR滤波器有25个采样周期的延迟，为了保证% 所有有效信息全部通过滤波器，故在信号后补25个0fbb_q=[fbb_q,zeros(1,25)];fbb_i=filter(b,a,fbb_i);fbb_q=filter(b,a,fbb_q);fbb_i=fbb_i(26:end); % 截取有效信息fbb_q=fbb_q(26:end); % 截取有效信息fbb=fbb_i+j*fbb_q;%-------- 产生理想线性调频脉冲压缩匹配系数 ---------% D = B*tao;match_filter_1=ts*fliplr(conj(fbb))*sqrt(D)*2/tao;NFFT = 131126;%2^nextpow2(length(s));match_filter_1_fft=fft(match_filter_1,NFFT); % 第一次脉冲压缩处理匹配系数 figure;subplot(2,1,1),plot(real(match_filter_1_fft)),title('脉冲压缩系数(实部)'); subplot(2,1,2),plot(imag(match_filter_1_fft)),title('脉冲压缩系数(虚部)');N=length(s);n=0:N-1;local_oscillator_i=cos(2*pi*f0/fs*n); % I路本振信号local_oscillator_q=sin(2*pi*f0/fs*n); % Q路本振信号fbb_i = local_oscillator_i.*s; % I路解调fbwindow=chebwin(51,40); % 50阶cheby窗的FIR低通滤波器[b,a]=fir1(50,0.5,window);fbb_i=[fbb_i,zeros(1,25)]; % 因为该FIR滤波器有25个采样周期的延迟，为了保证% 所有有效信息全部通过滤波器，故在信号后补25个0fbb_q=[fbb_q,zeros(1,25)];fbb_i=filter(b,a,fbb_i);fbb_q=filter(b,a,fbb_q);fbb_i=fbb_i(26:end); % 截取有效信息fbb_q=fbb_q(26:end); % 截取有效信息signal=fbb_i+j*fbb_q;clear fbb_i;clear fbb_q;clear local_oscillator_i;clearlocal_oscillator_q;signal_fft=fft(signal,NFFT);pc_result_fft=signal_fft.*match_filter_1_fft;pc_result=ifft(pc_result_fft,NFFT); figure,plot((0:ts:length(signal)*ts-ts),pc_result(1:length(signal)));xlabel('t(单位:S)'),title('回波脉冲压缩处理结果');t=tao*length(code);match_filter_2=2*ts*fliplr(conj(pc_result))*2/t;match_filter_2_fft=fft(match_filter_2,NFFT); % 第二次脉冲压缩处理匹配系数figure;subplot(2,1,1),plot(real(match_filter_2_fft)),title('脉冲压缩系数(实部)');subplot(2,1,2),plot(imag(match_filter_2_fft)),title('脉冲压缩系数(虚部)');%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 产生雷达回波 %%%%%%%%%%%%%%%%f_frame=1e3; % 雷达发射信号重复频率T_frame=1/f_frame;N_echo_frame=18;f_doppler=3.5e3; % 动目标的多普勒频率t_frame=0:ts:T_frame-ts;t_mobj=200e-6; % 动目标位置echo_mobj_pulse=[zeros(1,t_mobj/ts),s,zeros(1,(T_frame-t_mobj)/ts-length(s))];echo_mobj=repmat(echo_mobj_pulse,1,N_echo_frame);t_doppler=0:ts:N_echo_frame*T_frame-ts;s_doppler=cos(2*pi*f_doppler*t_doppler);s_echo_mobj=echo_mobj.*s_doppler;t_fobj=450e-6; % 固定目标位置echo_fobj_pulse=[zeros(1,t_fobj/ts),s,zeros(1,(T_frame-t_fobj)/ts-length(s))];echo_fobj=repmat(echo_fobj_pulse,1,N_echo_frame);t_clutter=700e-6; % 杂波位置t_clutter_pulse=39e-6;sigma=2; % 杂波瑞利分布参数sigmat1=0:ts:t_clutter_pulse-ts;u=rand(1,length(t1));echo_clutter=0.08*sqrt(2*log(1./u))*sigma; % 产生瑞利分布信号s_echo_clutter_pulse=[zeros(1,t_clutter/ts),echo_clutter,...zeros(1,(T_frame-t_clutter)/ts-length(echo_clutter))];s_echo_clutter=repmat(s_echo_clutter_pulse,1,N_echo_frame);s_noise=0.1*rand(1,N_echo_frame*T_frame/ts);s_echo=s_echo_mobj+echo_fobj+s_echo_clutter+s_noise;%--------------------- 正交解调 --------------------%N=N_echo_frame*T_frame/ts;n=0:N-1;local_oscillator_i=cos(2*pi*f0/fs*n); % I路本振信号local_oscillator_q=sin(2*pi*f0/fs*n); % Q路本振信号s_echo_i = local_oscillator_i.*s_echo; % I路解调s_echo_q = local_oscillator_q.*s_echo; % Q路解调window=chebwin(51,40); % 50阶cheby窗的FIR低通滤波器[b,a]=fir1(50,2*B/fs,window);s_echo_i=[s_echo_i,zeros(1,25)]; % 因为该FIR滤波器有25个采样周期的延迟 % 所有有效信息全部通过滤波器，故在信号后补25个s_echo_q=[s_echo_q,zeros(1,25)];s_echo_i=filter(b,a,s_echo_i);s_echo_q=filter(b,a,s_echo_q);s_echo_i=s_echo_i(26:end); % 截取有效信息s_echo_q=s_echo_q(26:end); % 截取有效信息s_echo_mf=s_echo_i+j*s_echo_q;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 脉冲压缩处理 %%%%%%%%%%%%%%%%%%s_pc_result = zeros(N_echo_frame,NFFT);for i=1:N_echo_frames_echo_fft_result=fft(s_echo_mf(1,(i-1)*T_frame/ts+1:i*T_frame/ts),NFFT);s_pc_fft_1=s_echo_fft_result.*match_filter_1_fft;s_pc_fft_2=s_pc_fft_1.*match_filter_2_fft;s_pc_result(i,:)=ifft(s_pc_fft_2,NFFT);ends_pc_result_1=s_pc_result';s_pc_result_1=reshape(s_pc_result_1,1,N_echo_frame*NFFT);figure,subplot(2,1,1),plot((0:ts:N_echo_frame*NFFT*ts-ts),real(s_pc_result_1));xlabel('t(单位:S)'),title('脉冲压缩处理后结果(实部)');subplot(2,1,2),plot((0:ts:N_echo_frame*NFFT*ts-ts),imag(s_pc_result_1)); xlabel('t(单位:S)'),title('脉冲压缩处理后结果(虚部)');%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 固定杂波对消处理 %%%%%%%%%%%%%%%%%%S_MTI_result = zeros(N_echo_frame-2,NFFT);for i=1:N_echo_frame-2S_MTI_result(i,:)=s_pc_result(i,:)+s_pc_result(i+2,:)-2*s_pc_result(i+1,:);endS_MTI_result_1=S_MTI_result';S_MTI_result_1=reshape(S_MTI_result_1,1,(N_echo_frame-2)*NFFT); figure,subplot(2,1,1),plot((0:ts:(N_echo_frame-2)*NFFT*ts-ts),real(S_MTI_result_1));xlabel('t(单位:S)'),title('固定杂波对消后结果(实部)');subplot(2,1,2),plot((0:ts:(N_echo_frame-2)*NFFT*ts-ts),imag(S_MTI_result_1));xlabel('t(单位:S)'),title('固定杂波对消后结果(虚部)');clear S_MTI_result_1;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% MTD处理和求模 %%%%%%%%%%%%%%%%%%S_MTD_result_1 = fft(S_MTI_result,N_echo_frame-2);S_MTD_result=abs(max(S_MTD_result_1));figure,plot((0:ts:NFFT*ts-ts),S_MTD_result); xlabel('t(单位:S)'),title('MTD处理后求模结果(信号最大通道)');%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% CFAR处理 %%%%%%%%%%%%%%%%%%cfar_result = zeros(1,NFFT);cfar_result(1,1)=S_MTD_result(1,1)/(sqrt(2)/pi*mean(S_MTD_result(1,2 :17)));% 第1点恒虚警处理的噪声均值由其后面的16点的噪声决定for i=2:16% 第2点到第16点恒虚警处理的噪声均值由其前面和后面16点的噪声共同决定noise_mean=sqrt(2)/pi*(mean(S_MTD_result(1,1:i-1))+mean(S_MTD_result(1,i+1:i+16)))/2;cfar_result(1,i)=S_MTD_result(1,i)/noise_mean; endfor i=17:NFFT-17% 正常的数据点的恒虚警处理的噪声均值由其前面和后面各16点的噪声中的大者决定noise_mean=sqrt(2)/pi*max(mean(S_MTD_result(1,i-16:i-1)),mean(S_MTD_result(1,i+1:i+16)));cfar_result(1,i)=S_MTD_result(1,i)/noise_mean; endfor i=NFFT-16:NFFT-1% 倒数第16点到倒数第2点恒虚警处理的噪声均值由其前面16点和后面的噪声共同决 noise_mean=sqrt(2)/pi*(mean(S_MTD_result(1,i-16:i-1))+mean(S_MTD_result(1,i+1:NFFT)))/2;cfar_result(1,i)=S_MTD_result(1,i)/noise_mean; endcfar_result(1,NFFT)=S_MTD_result(1,NFFT)/(sqrt(2)/pi*mean(S_MTD_resu lt(1,NFFT-16:NFFT-1)));figure,plot((0:ts:NFFT*ts-ts),cfar_result); xlabel('t(单位:S)'),title('采用恒虚警处理结果');。

巴克码信号处理的计算机仿真
侯民胜
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2008(31)23
【摘要】巴克码信号是二相编码信号的一种,在PD雷达中得到了广泛应用.对巴克码信号进行匹配滤波处理可使输出信噪比达到最大.介绍了匹配滤波器的设计原理,给出白噪声匹配滤波器的传递函数模型.在Matlab/Simulink平台上,建立雷达发射信号为巴克码信号时匹配滤波器的仿真模型.计算机仿真表明,巴克码信号经匹配滤波器后脉冲宽度被压缩,信噪比得到了显著提高.该滤波器的脉冲压缩功能,解决了一般脉冲雷达通过增加脉冲宽提高作用距离与距离分辨力下降的矛盾.
【总页数】3页(P75-77)
【作者】侯民胜
【作者单位】北京航空工程技术研究中心,北京,100076
【正文语种】中文
【中图分类】TN953.2
【相关文献】
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毕业设计摘要随着社会的不断发展,,，在这方面数字通信系统具有先天的优势。

这主要是因为数字通信系统中传输的是离散的数字信号，由于信号是离散的，被噪声干扰后的信号只要没有超过门限，接收端就能够完全正确地判断出传输的信息；而对于模拟传输系统，只要有稍微的干扰都会使传输的信息产生错误。

也正是由于这样的原因，数字通信系统才能在各方面逐渐代替模拟通信系统成为现代通信的最基本方式。

为了便于区别信号与噪声，使通信不失真和不受干扰,往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功能。

调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。

再将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。

为了更好地利用通信信道的带宽并使信号能够传送更大的距离, 在数字载波通信中,我们采用了三种解调方式: 幅移键控（ASK）频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

调制信号为二进制信号的调制称为二进制数字调制, 二进制调制又分为二进制幅移键控（2ASK）、二进制频移键控（2FSK）、二进制相移键控（2PSK）和差分二进制相移键控（2DPSK）等多种基本的类型，本课题主要是数字频率调制又称频移键控（FSK）。

同时利用system view软件实现对FSK系统的仿真和分析，从而通过运用模拟的视觉化的手段来实现达到解调调制的目的。

关键词数字通信；FSK信号；非相干数字解调SummaryAlong with society of continuously development, correspondence more and more show to us offor the correspondence technique, the quality of the correspondence also show very of of root mission is how assurance long-distance leave to deliver an information of accuracy, in this aspect numeral correspondence the system have inborn of main is because of numeral correspondence what to deliver be long-lost in the system of numeral signal, because of the signal be long-lost, drive Zao voice interference empress of signal want ～only have no exceed threshold, receive to carry can complete with accuracy judgment the information for deliver;But for imitate to deliver system, as long as have a little bit of the interference will make the information creation for deliver exactly also because of so of reason, numeral correspondence system then can ineveryone's noodles gradual replace imitate correspondence system to become modern correspondence of the most basic the sake of easy to differentiation signal and Zao voice, make correspondence don't lose true with be free from interference, usually give diagraph signal to endow with with certain characteristic, this be the main function for is the signal(be called to carry a signal) which use a signal(be called to make signal) to carry a body to control's another a conduct and actions, let the latter of some characteristic parameter press the former measure signal to make again, and will it with Zao voice separate, after enlarge etc. processing, return want to withdraw reflection from have already make of the signal quilt measured value of measure signal, this process be called solution to bandwidth using correspondence letter way for the sake of better land utilization also make signal can transmission larger of distance, in the numeral carry the wave the correspondence, we adoption three kinds of solution adjust a way: Move key to control(ASK) Pin to move key to control(FSK) with mutually move key to control(PSK).Make signal be called binary system numeral to make for the make of binary system signal, the binary system make and is divided into a binary system to move key to control(2 ASK), the binary system Pin move key to control(2 FSK), the binary system mutually move key to control(2 PSK) with bad cent the binary system mutually move key to control(2 DPSK) etc. variety basic type, this topic main is numeral the frequency make and call Pin to move key to control(FSK).In the meantime make use of system view software realization to imitate FSK system true with analysis, pass an usage imitate thus of the sense of vision turn of means to realization attain solution toadjust of purpose.Keyword:The Pin move key to control、Move key to control、Mutually move key to control、Losetrue、Correspondence.前言系统仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。

信号检测与估计第四章计算机仿真作业题目1：试编写程序，仿真4PSK 调制信号在高斯信道下的性能，并与理论分析结果相比。

(1). 解题思路：图1-1 QPSK 的调制原理框图如图1-1所示，QPSK 实质上是一种正交调制，它等于两路（I 路与Q 路）正交的BPSK 的叠加。

图中串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列a 和b （a,b 码元在事件上是对齐的），再分别进行极性变换，把极性码变为双极性码（0→-1，1→+1）然后分别调制到cosωc t 和sinωc t 两个载波上，两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制（DSB ）信号，其相位与各路码元的极性有关，分别由a 和b 码元决定。

经相加电路后输出两路的合成波形，即是4PSK 信号。

图中两个乘法器，其中一个用于产生0o 与180o 两种相位状态，另一个用于产生90o 与270o 两种相位状态，相加后就可以得到45o ，135o ，225o ，和315o 四种相位在时隙(1)s s n T t nT -≤≤上_Q_cos 2cos 2()()]QPSK In c Qn c I PSK PSK s f t f t s t s t ππ==-(1.1)那么，它的解调可以采用与2PSK 信号类似的解调方法进行解调，同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，之后可以得到二者的和，经过抽样判决和串、并变换器，将上图1-2 QPSK 解调原理框图下之路得到的并行数据恢复为串行数据。

那么此时就得到我们最初的原始信号，它的解调原理图如图1-2所示。

再来分析QPSK 的误比特性能，因为QPSK 的每个四元符号所包含的两个比特都独立，并行地按照BPSK 传输，各比特的传输误比特率均为_2s psk P （相当于2PSK 的无比特率），显然QPSK 系统与2PSK 系统具有完全相同的误比特性能，即_412e PSK P erfc =(1.2)(2). 仿真结果仿真性能曲线如图1-3所示：图1-3 QPSK 高斯信道下的性能仿真曲线101010101010101010SNRQPSK,高斯信道下的性能曲线误比特率题目2：试编写程序，画出相干移频键控、非相干移频键控(无衰落)和瑞利衰落信道下非相干移频键控的性能曲线。