雷达原理实验报告

实验报告实验课程名称：雷达原理实验姓名：班级：学号：实验名称规范程度原理叙述实验过程实验结果实验成绩平均成绩折合成绩注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和2、平均成绩取各项实验平均成绩3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合2014年5月相位法与振幅法测角实验报告一、实验目的要求1.了解雷达常用测角方法。2.学会用仿真软件验证测角算法。3．能够设计并仿真测角解模糊程序。二、实验原理1.利用了相位法测角的数学模型2.利用MATLAB软件编写单基线测向算法和比幅法解模糊程序相位法测角利用了多哥天线所接收回波信号之间的相位差进行测角；振幅法测角利用了天线收到的回波信号幅值来做角度测量，该幅值的变化规律取决于天线方向图及天线扫描的方式。振幅测角法可以分为最大信号法和等信号法。三、实验参数设置（1）载频范围：4GHz（2）目标角度范围：-30°~30°（3）天线数量：3个（4）天线间距离范围：0.05m~0.3m（5）回波信号DLVA输出幅度：1.5V（6）两两天线相位差测量范围：0.3p短基线长度0.06长基线长度0.5四．实验仿真波形-30-20-100102030-10010目标角度/°相位差/*理论相位差与目标角度关系-30-20-100102030-101目标角度/°相位差/*实际读取相位差与目标角度关系-30-20-100102030-1.5-1-0.500.511.5目标角度/°相位差/*相位差与目标角度关系-60-40-200204060-1.5-1-0.500.511.5目标角度/°相位差/*相位差与角度关系短基线相位长基线相位-60-40-200204060-202目标角度误差/度短基线测角精度误差-60-40-200204060-0.500.5目标角度误差/度长基线测角精度误差四、实验成果分析实验利用三个天线的比对测量目标角度，通过选取天线的距离来比较得到数据的误差，五角星符号位插八度是对应的目标角度。偏差选取了较小天线距离带来的误差。五、教师评语教师签字雷达信号波形分析实验报告一、实验目的要求1.了解雷达常用信号的形式。2.学会用仿真软件分析信号的特性。3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。二、实验原理为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2其中S：目标距离；T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；C：光速。三、实验参数设置载频范围：0.5MHz脉冲重复周期：250us脉冲宽度：10us幅度：1V线性调频信号载频范围：90MHz脉冲重复周期：250us脉冲宽度：10us信号带宽：14MHz幅度：1V四、实验仿真波形00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲1.03561.03571.03581.0359x10-3-101时间/s幅度/v连续波00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲调制-4-2024x107012x104频率/MHz幅度/dB脉冲频谱图-4-2024x1070510x104频率/MHz幅度/dB连续波频谱图-4-2024x107012x104频率/MHz幅度/dB脉冲调制频谱图00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲8.2628.26258.263x10-4-101时间/s幅度/v连续波00.511.52x10-3-101时间/s幅度/v脉冲调制-4-2024x107024x104频率/MHz幅度/dB脉冲频谱图-4-2024x1070510x104频率/MHz幅度/dB连续波频谱图-4-2024x107012x104频率/MHz幅度/dB脉冲调制频谱图02004006008001000-500500500100015002000050100050010001500200025003000-505050010001500200025003000-505-50050-50050频率/MHz功率/dB-100102030-20020406080时间/us功率/dB五、实验成果分析简单脉冲调制信号的产生由脉冲信号和载频信号组成，如图是时域频域分布时域经傅里叶变化得到频域图像。线性调频信号随时间变换的信号实验利用公式delt=linspace（-T/2,T/2,10001);LFM=exp(i*2*pi(f0*delt+mu*delt^2/2))(mu为B/T频率变化斜率，B为频率变换范围，即带宽）。六、教师评语教师签字雷达测距和接收机灵敏度实验一、实验目的要求1．掌握目标回波测距的方法。2．雷达回波信号能量变化对接收机输出的信号的幅度（包络）的影响。3．掌握切线灵敏度的定义。二、实验原理1．距离测量。雷达工作时，发射机经天线向指定空间发射一串重复周期的高频脉冲。如果在电磁波传播的路径上有目标存在，那么雷达可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达和目标之间，它将滞后于发射脉冲一个时间rt。如图3.1示电磁波以光速传播，设目标的距离是R，则传播的距离为光速乘以时间间隔，即2．切线灵敏度。在某一输入脉冲功率电平的作用下，雷达接收机输出端脉冲与噪声叠加后信号的底部与基线噪声（只有接收机内噪声）的顶部在一条直线上（相切），则称此输入脉冲信号功率为切线信号灵敏度TSSP。对于单脉冲雷达信号，则有,其中，A是输入信号的幅度，R为接收机内阻。本实验仪接收机内阻为50欧姆。三、实验参数设置本实验的可变参数为目标回波幅度的衰减百分比。初始衰减值为0。每按一次参数按钮，衰减增加5％，直到衰减百分比的最大值95％后又从初始值开始。四、实验数据以及结果目标回波幅度衰减百分比与回波信号幅度表：0510152025304.804.804.804.564.03.63.2354045505560652.82.402.001.681.481.16960mV707580859095700mV520mV344mV220mV124mV72mV目标回波时延：52us有信号处噪声电压峰值Um：22mV噪声的最大值Un：16mV两目标回波间的间隔：400us五、结论以及讨论波形图020406080100012345衰减值回波电平1．根据记录回波的时延，计算目标回波距离。答：目标回波时延：tr=52us，根据公式R=C*tr/2计算得回波距离R为7.8km。2．距离分辨率为多少？答：距离分辨率，实验测得目标回波脉冲宽度为240ns，代入距离分辨率公式得到约为36m。3、目标回波输入信号的幅度改变，示波器输出信号有何变化？答：由前面数据整理的表格可以看出，目标回波输入信号的幅度衰减越来越大时，示波器输出信号幅度越来越小。4．雷达的切线灵敏度是多少？答：接收机灵敏度为：95。5、基线噪声电压峰值Un和满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值Um是否相同？为什么？答：基线电压峰值Un小于满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值Um,因为Un只是接收机内噪声而Um不仅包含接受机内噪声还包含外界干扰噪声所以UnUm。六、教师评语教师签字虚警率实验一、实验目的要求1．熟悉门限检测的方法2．熟悉虚警概率的含义3．了解门限与虚警概率的关系二、实验原理1．门限检测雷达接收机是在有噪声的背景下检测信号。由于噪声的起伏特性，判断信号的出现是一个统计的问题，必须按照某种检测标准进行判断。门限检测就是给定某个门限，如果某时刻的回波信号的电压大于给定门限，就认为该位置有目标存在，否则认为该位置没有目标。2．虚警率虚警是指没有信号而仅有噪声时，噪声电平超过门限值被误认为是目标的事件。噪声超过门限的概率称为虚警概率。通常包络检波器输出噪声的电压振幅r的概率密度是瑞利分布，记做prfa。设门限值是TU，那么噪声超过门限电平的概率就是虚警概率，所以可以用式计算其中，2是噪声的方差。3．虚警概率Pfa统计算法N个脉冲重复周期里虚警事件总数faN为m为没有目标的距离单元距离。虚警概率。三、实验参数设置可变参数为检测门限。信号归一化最大值为255。初始门限值为5，每按一次参数按钮，门限值加5，最大值是25。按动参数加按钮○6改变检测门限，从LED上读取虚警概率。四、实验数据以及结果检测门限与虚警概率测试表检测门限510152025虚警概率4.0E23.7E38.6E42.3E47.3E5五、实验成果分析1、试分析虚警率和检测门限关系。51015202500.010.020.030.04门限虚警率虚警概率与门限电平大小有密切的关系。噪声超过门限电平而误认为信号的事件称为“虚警”，虚警概率指的是噪声包络电压超过检测门限电平的概率。因此检测门限值越大，噪声信号超过门限的概率越小，雷达的虚警概率越小。2、检测门限不同时，示波器显示的距离波门信号有何不同，为什么？答：检测门限越高距离波门信号出现的时间间隔越长。因为门限值越高，噪声电平超过检测门限的概率越小，所以距离波门信号出现的时间间隔越长，次数降低。六、教师评语教师签字恒虚警检测实验一、实验目的要求1．熟悉发现概率的定义。2．熟悉恒虚警检测的原理3．了解虚警概率与发现概率的关系。二、实验原理1．发现概率有目标时的电平超过门限正确检测出目标的概率，称作发现概率。包络检波后，信号加噪声的电压振幅r服从广义瑞利分布，记做prd。发现信号就是信号加噪声的电压超过给定门限TU的事件，那么发现概率为，从上式可以看出，发现概率和检测门限，信噪比有关。2．发现概率dP统计算法N个脉冲重复周期里发现事件总数dN为，m为有目标的距离单元距离。3．恒虚警检测在许多雷达系统中，要求虚警概率为一固定的值。由式（3-3）可知，如果虚警率给定，检测门限是可由式（3-9）确定的。，这样，发现概率dP和虚警概率，信噪比有关。在信噪比相同的条件下，虚警率不同，发现概率不同。给定虚警率，由式（3-9）计算检测门限，在由式（3-7）和式（3-8）即可统计相应的发现概率。四、实验内容可变参数为检测的虚警概率。默认值为概率为103。每按一次参数按钮，虚警概率减小10。虚警概率的最小值为1014。按动参数加○5改变虚警概率，按确认按钮○6确认。从LED上读取发现概率。观察目标回波信号和距离波门信号。四、实验数据与结果虚警概率与发现概率关系表五、实验成果分析1．当虚警概率变化时，距离波门信号有何变化，为什么？答：虚警概率增大时相应的检测门限降低，噪声电平超过检测门限被发现的概率增大，因此距离波门信号出现的时间间隔变短，次数降低。反之虚警概率降低时，距离波门信号出现的时间间隔变长，次数增大。2.绘制发现概率和虚警概率的曲线图并分析二者关系当信噪比一定时，虚警概率越小，发现概率越小;虚警概率越大，发现概率越大。六、教师评语教师签字动目标显示（MTI）实验一、实验目的要求1．掌握动目标显示的基本原理。2．熟悉一次相消和二次相消的概念。二、实验原理1．动目标的回波设载频为0，重复周期为rT，脉冲宽度为的单脉冲雷达发射信号为，斜距为R，径向速度为rv的目标回波信号相对发射信号有一延时rt满足，回波信号与发射信号间存在高频相位差，产生的频率差为，其中df称为多普勒频率。零中频混频后，得到正交两路IQ信号分别为，对于固定目标，多普勒频率为0，所以输出为包络恒定的电平。回波脉冲的包络调制频率为多普勒频率。动目标和固定目标的I路输出波形如图3.6示。2．动目标显示原理在检波器的输出端，固定回波是一串振幅不变的脉冲，而运动目标是一串振幅调制的脉冲。消除目标最简单的办法就是相邻重复周期的信号相减。幅度固定的目标回波信号相减后相互抵消；而幅度变化的运动目标回波相减后输出相邻重复周期振幅变化的部分。一次数字相消器一次数字相消器如图3.7所示五、实验参数设置三个不同的失捕条件对应三个进程，分别为3、4、5。按动进程编号钮○4设置实验进程。按进程编号按钮，直到实验仪LED显示器进程编号位显示为所设置值。此时失捕条件改变，按