雷達(dá)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告(哈工程)

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)課程名稱： 雷達(dá)原理 姓名： 班級(jí)： 電子信息工程4班 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)名稱規(guī)范程度原理敘述實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)成績雷達(dá)信號(hào)波形分析實(shí)驗(yàn)相位法測(cè)角實(shí)驗(yàn)接收機(jī)測(cè)距和靈敏度實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)距離跟蹤和動(dòng)目標(biāo)顯示實(shí)驗(yàn)平均成績折合成績注：1、每個(gè)實(shí)驗(yàn)中各項(xiàng)成績按照5分制評(píng)定，實(shí)驗(yàn)成績?yōu)楦黜?xiàng)總和2、平均成績?nèi)「黜?xiàng)實(shí)驗(yàn)平均成績3、折合成績按照教學(xué)大綱要求的百分比進(jìn)行折合2017年 5 月雷達(dá)信號(hào)波形分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告2017年 4 月 5 日 班級(jí) 電子信息工程4班 姓名 評(píng)分一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1. 了解雷達(dá)常用信號(hào)的形式。2. 學(xué)會(huì)用仿真軟件分析信號(hào)的特性。3了解雷達(dá)常用信號(hào)的頻譜特點(diǎn)和模糊函數(shù)。二、

2、實(shí)驗(yàn)原理為了測(cè)定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測(cè)量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離為：S=CT/2 其中S：目標(biāo)距離；T：電磁波從雷達(dá)到目標(biāo)的往返傳播時(shí)間；C：光速。三、 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置載頻范圍：0.5MHz脈沖重復(fù)周期：250us脈沖寬度：10us幅度：1V線性調(diào)頻信號(hào)載頻范圍：90MHz脈沖重復(fù)周期：250us脈沖寬度：10us信號(hào)帶寬：14 MHz 幅度：1V四、 實(shí)驗(yàn)仿真波形五、 實(shí)驗(yàn)成果分析實(shí)驗(yàn)中用到的簡單脈沖調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生由脈沖信號(hào)和載頻信號(hào)組成，對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)頻分析，得

3、到上面的波形圖。改變載頻、信號(hào)帶寬，線性高頻結(jié)果會(huì)有很大變化。由頻譜特點(diǎn)可知線性調(diào)頻信號(hào)可以擴(kuò)展雷達(dá)信號(hào)的頻譜，很容易獲得較大的信號(hào)處理增益，從而降低了雷達(dá)發(fā)射信號(hào)峰值功率，是一種十分有效的低截獲概率雷達(dá)信號(hào)，在抗干擾性方面， 是一種具有良好的抗干擾性能的信號(hào)形式。六、 教師評(píng)語教師簽字相位法測(cè)角實(shí)驗(yàn)報(bào)告年 月 日 班級(jí) 姓名 評(píng)分一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1. 了解雷達(dá)常用測(cè)角方法。2. 學(xué)會(huì)用仿真軟件驗(yàn)證測(cè)角算法。3能夠設(shè)計(jì)并仿真測(cè)角解模糊程序。二、 實(shí)驗(yàn)原理1. 利用了相位法測(cè)角的數(shù)學(xué)模型2. 利用MATLAB軟件編寫單基線測(cè)向算法和比幅法解模糊程序相位法測(cè)角利用了多哥天線所接收回波信號(hào)之間的

4、相位差進(jìn)行測(cè)角；振幅法測(cè)角利用了天線收到的回波信號(hào)幅值來做角度測(cè)量，該幅值的變化規(guī)律取決于天線方向圖及天線掃描的方式。振幅測(cè)角法可以分為最大信號(hào)法和等信號(hào)法。三、 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置1載頻范圍：3.5GHz2短基線長度0.083長基線長度0.4四、 實(shí)驗(yàn)仿真波形五、 實(shí)驗(yàn)成果分析 由理論計(jì)算長基線最大測(cè)角為6度9分，matlab仿真中長基線最大測(cè)角為6.141度(如圖二),驗(yàn)證理論與仿真相互驗(yàn)證，由誤差圖可以看出短基線測(cè)角精度明顯高于長基線測(cè)角精度。但兩種測(cè)量方法的測(cè)角誤差都不大，都不到1度的誤差。六、 教師評(píng)語教師簽字 雷達(dá)測(cè)距和接收機(jī)靈敏度實(shí)驗(yàn)?zāi)?月 日 班級(jí) 姓名 評(píng)分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1掌握

5、目標(biāo)回波測(cè)距的方法。 2雷達(dá)回波信號(hào)能量變化對(duì)接收機(jī)輸出的信號(hào)的幅度（包絡(luò)）的影響。 3掌握切線靈敏度的定義。二、實(shí)驗(yàn)原理 1距離測(cè)量。雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射機(jī)經(jīng)天線向指定空間發(fā)射一串重復(fù)周期的高頻脈沖。如果在電磁波傳播的路徑上有目標(biāo)存在，那么雷達(dá)可以接收到由目標(biāo)反射回來的回波。由于回波信號(hào)往返于雷達(dá)和目標(biāo)之間，它將滯后于發(fā)射脈沖一個(gè)時(shí)間r t 。如圖3.1 示電磁波以光速傳播，設(shè)目標(biāo)的距離是R ，則傳播的距離為光速乘以時(shí)間間隔，即2切線靈敏度。在某一輸入脈沖功率電平的作用下，雷達(dá)接收機(jī)輸出端脈沖與噪聲疊加后信號(hào)的底部與基線噪聲（只有接收機(jī)內(nèi)噪聲）的頂部在一條直線上（相切），則稱此輸入脈沖信號(hào)功率為

6、切線信號(hào)靈敏度TSS P 。對(duì)于單脈沖雷達(dá)信號(hào)，則有,其中， A 是輸入信號(hào)的幅度， R 為接收機(jī)內(nèi)阻。本實(shí)驗(yàn)儀接收機(jī)內(nèi)阻為50 歐姆。三、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置 本實(shí)驗(yàn)的可變參數(shù)為目標(biāo)回波幅度的衰減百分比。初始衰減值為0。每按一次參數(shù)按鈕，衰減增加5，直到衰減百分比的最大值95后又從初始值開始。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及結(jié)果衰減為95%時(shí)，Um/mV20.019.217.722.421.6Uv/mV17.620.418.820.018.4目標(biāo)回波幅度衰減百分比與回波延時(shí)：幅度衰減51015202530回波延時(shí)/us33.0066.8099.20132.4165.4197.6五、結(jié)論以及討論1根據(jù)記錄回波的時(shí)延，

7、計(jì)算目標(biāo)回波距離。目標(biāo)回波時(shí)延：tr=25us，根據(jù)公式R=C*tr/2計(jì)算得回波距離R為3.75km。2距離分辨率為多少？ 距離分辨率D，實(shí)驗(yàn)測(cè)得目標(biāo)回波脈沖寬度為240ns，代入距離分辨率公式得到Drc約為36m。3. 目標(biāo)回波輸入信號(hào)的幅度改變，示波器輸出信號(hào)有何變化？ 由數(shù)據(jù)表格及根據(jù)表格做出的波形圖可以看出，示波器輸出信號(hào)幅度隨目標(biāo)回波輸入信號(hào)的幅度衰減的增大而減小。4雷達(dá)的切線靈敏度是多少？接收機(jī)靈敏度為： 95。5. 基線噪聲電壓峰值Un和滿足切線靈敏度條件下有信號(hào)處輸出噪聲的峰值Um 是否相同？為什么？基線電壓峰值Un小于滿足切線靈敏度條件下有信號(hào)處輸出噪聲的峰值Um,因?yàn)閁n

8、只是接收機(jī)內(nèi)噪聲而Um不僅包含接受機(jī)內(nèi)噪聲還包含外界干擾噪聲所以Un<Um。六、教師評(píng)語教師簽字目標(biāo)距離跟蹤和動(dòng)目標(biāo)顯示實(shí)驗(yàn)?zāi)?月 日 班級(jí) 姓名 評(píng)分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1掌握距離跟蹤的原理。2熟悉截獲條件和失捕條件的含義。 3掌握動(dòng)目標(biāo)顯示的基本原理。4熟悉一次相消和二次相消的概念。二、實(shí)驗(yàn)原理1距離自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)距離自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括對(duì)目標(biāo)的搜索、捕獲、距離跟蹤和失捕四個(gè)互相聯(lián)系的部分。搜索是指目標(biāo)在整個(gè)雷達(dá)測(cè)距范圍內(nèi)，依次對(duì)各目標(biāo)單元進(jìn)行檢測(cè)，判斷該單元是否有目標(biāo)存在。如果在某個(gè)單元檢測(cè)時(shí)滿足跟蹤的條件，確定該單元有目標(biāo)存在，認(rèn)為已經(jīng)捕獲到目標(biāo)，開始對(duì)該單元的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。跟蹤時(shí)，保證

9、距離跟蹤波門自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，連續(xù)測(cè)量目標(biāo)距離。在跟蹤的過程中，一旦在某個(gè)單元跟蹤時(shí)滿足失捕條件，認(rèn)為丟失目標(biāo)，雷達(dá)重新開始搜索。2截獲條件和失捕條件雷達(dá)處于距離搜索狀態(tài)時(shí)，如果在同一距離單元處的 n 個(gè)脈沖里有 d 次檢測(cè)到目標(biāo)回波，就認(rèn)為該位置處有目標(biāo)，雷達(dá)由搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)換到跟蹤狀態(tài)。其中 d /n 被稱為截獲條件。雷達(dá)處于距離跟蹤狀態(tài)時(shí)，如果在距離波門內(nèi) n 個(gè)脈沖數(shù)目里有 m 次沒有檢測(cè)到目標(biāo)回波，就認(rèn)為丟失目標(biāo)，雷達(dá)由跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)換到搜索狀態(tài)。其中 m /n 次就認(rèn)為是失捕條件。3動(dòng)目標(biāo)的回波設(shè)載頻為0 v ，重復(fù)周期為r T ，脈沖寬度為t 的單脈沖雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為，斜距為R ，徑向速度為r

10、 v 的目標(biāo)回波信號(hào)相對(duì)發(fā)射信號(hào)有一延時(shí)r t 滿足，回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)間存在高頻相位差，產(chǎn)生的頻率差為，其中d f 稱為多普勒頻率。零中頻混頻后，得到正交兩路IQ 信號(hào)分別為，對(duì)于固定目標(biāo)，多普勒頻率為0，所以輸出為包絡(luò)恒定的電平?；夭}沖的包絡(luò)調(diào)制頻率為多普勒頻率。動(dòng)目標(biāo)和固定目標(biāo)的I 路輸出波形如圖3.6 示。4動(dòng)目標(biāo)顯示原理在檢波器的輸出端，固定回波是一串振幅不變的脈沖，而運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是一串振幅調(diào)制的脈沖。消除目標(biāo)最簡單的辦法就是相鄰重復(fù)周期的信號(hào)相減。幅度固定的目標(biāo)回波信號(hào)相減后相互抵消；而幅度變化的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波相減后輸出相鄰重復(fù)周期振幅變化的部分。l 一次數(shù)字相消器一次數(shù)字相消器如圖3

11、.7 所示三、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置 1. 目標(biāo)距離跟蹤試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中有三個(gè)進(jìn)程。分別對(duì)應(yīng)不同的失捕條件。默認(rèn)進(jìn)程為進(jìn)程1。每個(gè)進(jìn)程中可變參數(shù)都是截獲條件。本實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)的脈沖總數(shù)n=16。d初值為6。每按一次參數(shù)按鈕， d 加 1。 d 的最大值為 15。改變參數(shù)值按確認(rèn)后，觀察跟蹤情況和失捕情況。改變不同的進(jìn)程，也就是換不同的失捕條件，改變參數(shù)d的值，重新觀察跟蹤情況和失捕情況，估計(jì)出跟蹤時(shí)間和搜索時(shí)間的變化和差異。2. 動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程1是一次相消器實(shí)驗(yàn)，進(jìn)程2是二次相消MTI實(shí)驗(yàn)，當(dāng)設(shè)置為進(jìn)程1時(shí)，按確認(rèn)后觀察包絡(luò)信號(hào)和積累信號(hào)，測(cè)量對(duì)應(yīng)包絡(luò)信號(hào)有目標(biāo)處相消器輸出信號(hào)的

12、幅度。當(dāng)設(shè)置為進(jìn)程2時(shí)，可變參數(shù)是二次對(duì)消的系數(shù)，初始值為1.5，每按一次按鈕，系數(shù)加0.1.二次相消系數(shù)的最大值為2.5，改變參數(shù)確認(rèn)后觀察包絡(luò)信號(hào)和積累信號(hào)，測(cè)量對(duì)應(yīng)包絡(luò)信號(hào)有目標(biāo)處相消器輸出信號(hào)的幅度。 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及結(jié)果圖一：跟蹤情況和失捕情況二次相消系數(shù)與目標(biāo)幅度測(cè)試 二次相消系數(shù)1.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.5固定目標(biāo)幅度0.40.280.16000000.20.20.32運(yùn)動(dòng)目標(biāo)幅度2.481.521.782.081.001.802.364.561.561.320.96五、結(jié)論以及討論1運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波有什么特點(diǎn)？運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波

13、受雜波的影響比較大，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和雜波在雷達(dá)顯示器上同時(shí)顯示時(shí)，會(huì)使目標(biāo)的觀察變得困難。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度不同而引起回波信號(hào)頻率產(chǎn)生的多普勒頻移不相等，所以可以從頻率上區(qū)分不同速度目標(biāo)的回波。2在什么條件下，雷達(dá)跟不上目標(biāo)？雷達(dá)處于距離搜索狀態(tài)時(shí)，如果同一距離單元處的n個(gè)脈沖數(shù)目里有d次檢測(cè)到目標(biāo)回波,就認(rèn)為該位置處有目標(biāo)，如果目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度足夠快使雷達(dá)在同一距離單元處的n個(gè)脈沖里檢測(cè)到目標(biāo)的次數(shù)小于d則雷達(dá)無法跟上目標(biāo)。3目標(biāo)起伏對(duì)于跟蹤的影響。目標(biāo)的起伏對(duì)目標(biāo)的搜索、捕獲、距離跟蹤有較大的影響。目標(biāo)起伏越大，會(huì)使目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率降低，距離自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)在整個(gè)雷達(dá)測(cè)距范圍內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)搜索、捕獲；在距離跟蹤過程中也容易失捕。4分析失捕條件和截獲條件對(duì)于雷達(dá)工作狀態(tài)的影響。若失捕條件中的m太小會(huì)使雷達(dá)長時(shí)間保持在跟蹤狀態(tài)，若截獲條件中的n太大會(huì)使雷達(dá)不容易發(fā)現(xiàn)目標(biāo)長時(shí)間保持在搜索狀態(tài)。5在一次相消的工作方式下，動(dòng)目標(biāo)和靜目標(biāo)的包絡(luò)信號(hào)和檢測(cè)輸出信號(hào)有什 么特點(diǎn)？動(dòng)目標(biāo)的包絡(luò)信號(hào)是移動(dòng)的，在相位檢測(cè)