哈工大《电子系统》实验报告模板

HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy《《电电子子系系统统》》实实验验报报告告院系：电信学院班级：设计者：学号：指导教师：孙思博实验一连续波雷达测速实验一、实验目的：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其使用。3、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。二、实验原理：1、多普勒测速原理：由于运动目标相对辐射源的运动而引起发射信号的中心频率发生多普勒频移的现象称为多普勒效应。目标运动方向的不同决定了多普勒频移的正负。（如图1所示）图1.多普勒效应假设发射的是重复频率为错误!未找到引用源。的脉冲串，雷达发射信号的波长为错误!未找到引用源。时，设目标的速度为错误!未找到引用源。，多普勒频率为错误!未找到引用源。,以目标接近雷达为例，错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。为接收脉冲串频率新频率错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。为雷达发射信号的载频则：错误!未找到引用源。，当|错误!未找到引用源。|c时（1）2、多普勒信息的提取：在连续波工作状态时，利用相干检波器可以得到和错误!未找到引用源。相关的一系列频谱分量，回波分量中的错误!未找到引用源。、错误!未找到引用源。、2错误!未找到引用源。等高频分量被多普勒滤波器滤除，则最后获得就是多普勒分量，利用公式(1)可以求得目标的速度。本实验中发射波长为3cm,采样率是2048HZ。三、实验仪器：实验装置如下：5402DSP测速传感器混频器连续波发射机传感器输出信号放大滤波AD串行接口PC机FFT图3-2连续波雷达测速实验仪器原理框图图3.测速雷达传感器三、实验内容与步骤：1、利用给定装置，使用一挡光板作为目标物体，移动该物体，则通过测速雷达传感器（如图3）能够获得回波数据，并被DSP芯片采样，采样频率为2048HZ。2、通过示波器观察波形，选择一高频干扰少的波形，利用软件获得其2048个数据，并存储在计算机中。3、对采集的数据，选取波形较好的连续的512个点，对其进行FFT变换，获得其频谱图，即可求得其多普勒频率。4、改变目标移动速度，重复上述步骤，重复三次。四、实验数据处理与分析：对实验数据进行滤除直流归一化处理后，再对所得数据进行4096点FFT，能够获得其频谱分别如下：第一组数据：从第100个采样点开始取样，可得错误!未找到引用源。=12HZ；第二组数据：从第100个采样点开始取样，可得错误!未找到引用源。=28HZ；第三组数据：从第100个采样点开始取样，可得错误!未找到引用源。=12HZ；当|错误!未找到引用源。|c时；可以分别算出三种情况下目标的移动速度。第一组数据：；ν＝λ×fd﹦3×12÷2﹙cm/s﹚=18(cm/s)第二组数据：；ν＝λ×fd﹦3×28÷2﹙cm/s﹚=52(cm/s)第三组数据：；ν＝λ×fd﹦3×12÷2﹙cm/s﹚=18(cm/s)所以三次目标移动的速度分别为18(cm/s)、52(cm/s)、18(cm/s)。五、实验结论及误差分析：1、通过连续波雷达测得的数据并且经过一定处理可以得到运动目标的多普勒频率，进而可以计算出运动目标的径向速度。2、仅仅通过这些实验数据无法得出该目标是靠近雷达还是远离雷达运动的，即仅仅能得到运动目标的沿雷达径向的速率。3、为了使所得结果更加精确，需要对数据进行滤除直流的处理。4、通过观察时域波形可以看出，所得的波形中有部分噪声存在，因此对信号进行滤波可以消除部分误差。5、本实验测得速度的精度主要取决于多普勒频率的精度，而多普勒频率的精度是由采样频率和FFT点数N共同决定的，本实验采用4096点FFT,采样频率为2048Hz，因此分辨率为2048/4096=0.5Hz。因此速度的分辨率为0.75m/s。实验二：线性调频信号及匹配滤波实验一、实验目的：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。二、实验原理：1、线调频信号谱分析：2、线调频（LFM）信号时域表达式：20()cos()2tktStArect()tT式中错误!未找到引用源。是矩形函数，k是调频斜率，并且与调制频偏的关系是：2fkTTT为时域波形宽度，简称时宽；fB2为调频范围。简称频宽。BTD为时宽带宽积，是线性调频信号一个很重要的参数。LFM信号的频谱近似为：20()2exp{[]}()240AjSkk02others近似程度取决于时宽带宽积D，D越大，近似程度越高，即频谱越接近于矩形。3、线调频信号匹配滤波：雷达发射LFM脉冲信号，固定目标的回波时域表示：20()()cos(())2rrirttkttStArect()ttT对应的匹配滤波器的传输函数近似（大时宽带宽积下）为：20()()exp{[]}24Hjk02匹配滤波器输出：0()()exp()2didjtSSHjtAek02代入相关参数，002,2,2BkBTf匹配滤波器时域输出：02()1()()2sin[()]()djtooifttddStSedBttADeBtt时宽带宽积：DBT匹配滤波器的包络输出如下图4-3所示，所示，通常规定顶点下降到－4dB处的宽度为输出脉冲的脉宽0T，并且有01TB，所以脉冲压缩比：0TBTDT。三、实验步骤：1,编程实现线性调频信号并输出其频谱。2,利用matlab对线性调频信号进行匹配滤波。四，实验结果：1线性调频信号及其频谱：B=2错误!未找到引用源。B=20错误!未找到引用源。B=101，线性调频信号经过匹配滤波器的输出：B=1错误!未找到引用源。-15-10-505101500.20.40.60.81TimeinsecBAmplitudeChirpsignalaftermatchedfilteremulationalsinc-15-10-5051015-50-40-30-20-100TimeinsecBAmplitude,dBChirpsignalaftermatchedfilteremulationalsinc-3-2-1-0.500.5123-13.4-40TimeinsecBAmplitude,dBChirpsignalaftermatchedfilter(Zoom)emulationalsincB=2错误!未找到引用源。-15-10-505101500.20.40.60.81TimeinsecBAmplitudeChirpsignalaftermatchedfilteremulationalsinc-15-10-5051015-50-40-30-20-100TimeinsecBAmplitude,dBChirpsignalaftermatchedfilteremulationalsinc-3-2-1-0.500.5123-13.4-40TimeinsecBAmplitude,dBChirpsignalaftermatchedfilter(Zoom)emulationalsincB=20-15-10-505101500.20.40.60.81TimeinsecBAmplitudeChirpsignalaftermatchedfilteremulationalsinc-15-10-5051015-50-40-30-20-100TimeinsecBAmplitude,dBChirpsignalaftermatchedfilteremulationalsinc-3-2-1-0.500.5123-13.4-40TimeinsecBAmplitude,dBChirpsignalaftermatchedfilter(Zoom)emulationalsinc实验结论与误差分析：1，由线性调频信号及其频谱图可以看出，随着时宽带宽积增加，其频谱越来越接近一矩形，D越大，其内部越平坦。2，线性调频信号经过匹配滤波器后其时域波形在误差允许的范围内可以近似看成sinc函数，D越大。近似程度越高。3，线性调频信号经过匹配滤波器后脉冲宽度得到了压缩，因此可以雷达解决探测能力与距离测量分辨率之间的矛盾。附录:实验一程序清单:%函数说明%输入：fname为采样数据文件名，例如：'data1.dat'注意：要加单引号%datas为起始采样点，例如：1%输出：数组output存有datas~datas+512共512个采样点的值%说明：该函数用于从采样生成的.dat中提取512个采样值，并以数组模式输出%采样频率2048HZ,.dat与m文件应放在同一文件夹内functionoutput=data_open(fname,datas)N=512;Fs=2048;datas=input('Pleaseinputthedatas');fid=fopen('t3.dat');dataall=fscanf(fid,'%d');fori=1:512output(i)=dataall(i+datas);endoutput=output-(max(output)+min(output))/2;subplot(2,1,1)plot(output);xlabel('时间');ylabel('电压');title('采样数据');result=fft(output,N);result=result/max(result);z=fftshift(result);subplot(2,1,2)n=0:N-1;f1=n/N*Fs-Fs/2;plot(f1,abs(z));axis([-200,200,0,1]);gridonxlabel('频率');ylabel('电压');title('幅频特性');[a,b]=max(z);fmax=abs(b/N*Fs-Fs/2)end实验二程序清单:clearall;B=100e6;%改变B来改变时宽带宽积DT=10e-6;K=B/T;Fs=2^5*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2);subplot(2,1,1);plot(t,St);title('线性调频信号');Wt=fft(St,N);Wt=fftshift(Wt);n=0:1:(N-1);u=(n-N/2)/2/N*Fs;subplot(2,1,2);plot(u,abs(Wt));axis([-100e6100e601200]);title('线性调频信号的频谱');clearall;B=30e6;%改变B来改变带宽，从而改变时宽带宽积DT=10e-6;%pulseduration10us%chirpfrequencymodulationbandwidth30MHzK=B/T;%chirpslopeFs=2^5*B;Ts=1/Fs;%samplingfrequencyandsamplespacingN=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2);%chirpsignalHt=exp(-j*pi*K*t.^2);%matchedfilterSot=conv(St,Ht);%chirpsignalaftermatchedfilterfigure('position',[001024700]);subplot(311)L=2*N-1;t1=linspace(-T,T,L);Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);%normalizeZ1=abs(sinc(B.*t1));t1=t1*B;%sincfunctionplot(t1,Z,t1,Z1,'r-.');axis([