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雷达系统仿真设计报告一.pdf
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雷达系统建模与仿真
设 计 报 告
一、设计题
仿真产生十种概率分布的随机序列,并进行参数检验,概率分布检验和独立
性检验。
二、设计过程
1.选择运用 MATLAB 软件实现设计要求。
2.选择以下十种概率分布,实现其随机序列的数据仿真。
序号
1
概率分布名称
均匀分布
概率密度函数
[0,1]区间
f(x) =
1, 0<=x<=1
0, else
exp(
(x a)
2
2
2
2 高斯分布
f (x)
1
2
)
exp(
x)
, x>=0
3 指数分布
f(x) =
0, else
4
5
6
7
8
广义指数分布
混合指数分布
韦布尔分布
瑞利分布
广义瑞利分布
f (x) exp[(x s)]I
0
(2 xs )
f
ME
r exp(2r
x) (1 r) exp(2(1 r)
x)
0 r
1
2
f (x)
a
x x
n
a1
x xn
a
( ) exp(( ) )
a, b 0
0 x
b b b
f (x)
f (r)
x
r
2
2
exp(
x
2
2
2
2
)
x 0
)I
0
(
ar
)
exp(
r
2
a
2
2
2
9
10
拉普拉斯分布
柯西分布
f
la
(x)
a
exp(a | x m |)
2
f
au
(x)
1
(1 x
2
)
3.具体实现方法
(1)[0,1]区间均匀分布
运用乘同余法产生[0,1]区间均匀分布随机数序列的递推公式
x
n1
x
n
(mod M )
式中:
、M 为两个参数,
x
0
为初始值。此处取
M 2
35
,
x
0
1
,
5
15
,产
生 100000 个随机数组成的序列,并设置显著水平为 5%进行频率(均匀性)检验,
参数(一阶矩、二阶矩、方差)检验,相关系数(独立性)检验。通过检验后,
方可认为产生的[0,1]区间均匀分布随机数序列符合设计要求。
通过编写 MATLAB 语言代码,产生的序列做直方图如下:
检验结果:
频率检验
自由度
统计量
0.5768 39.0000
计量
-0.1203
计量
-0.1449
统计量
-0.1136 -1.8084
一阶矩统 二阶矩统 方差检验
相关系数
水平
0.0500 1.9600
显著性
区间上限
从表中可以看出,该[0,1]区间均匀分布的随机数序列通过了各项检验。以下
的十种概率分布的随机数序列均以[0,1]区间上的均匀分布随机总体为基础。根据
相关理论,只要给定的均匀分布随机数序列满足均匀且独立的要求,在对其经过
严格的数学变换或者严格的数学方法后,所产生的任何分布的简单子样都会满足
相同的总体分布和相互独立性的要求。据此,以下产生的十种概率分布的随机数
序列均不再进行检验,仅画出概率分布直方图作为参考。
(2)高斯(标准正态)分布
在雷达系统仿真中,正态分布有着非常重要的地位。因为雷达接收机的内部
噪声、雷达的各种测量误差等均服从正态分布,并且还可由正态分布获得指数分
布、瑞利分布、韦布尔分布和对数—正态分布等许多非高斯分布表达式。
当随机变量
u
i
为[0,1]区间上的均匀分布随机变量,所要求的高斯分布的均值
为
E( y
i
) m
1
,方差
D( y
i
)
1
2
。运用近似抽样法,则所求的高斯分布随机变量的
表达式为
y
j
1
12
12 N
( u
i
) m
1
。当均匀分布随机变量的数目
N
i1
2
N
N=12 时,简化
式为
y
j
u
i
6
,本设计中采用了该简化式。
i1
实现步骤为:首先产生 12 个通过检验的[0,1]区间均匀分布随机数序列,为
保证其互相之间独立性,产生这 12 个序列的种子取了不一样的值;然后按照简
化公式产生均值为 0,方差为 1 的高斯分布随机数序列。
均值为
a
和方差为
2
的高斯分布随机数序列可通过下列公式产生:
z
j
y
j
a
(3)指数分布
通常,认为普通雷达接收机输出的小信号服从指数分布。除此之外,诸如机
器寿命,系统稳定时间等,在一般条件下也被认为服从指数分布。指数分布是系
统仿真中所用到的最基本的随机变量之一。可以证明,若干指数分布的随机变量
之和服从
分布。
运用直接抽样法获得指数分布随机数序列,其公式为
i
量
u
i
为[0,1]区间上的均匀分布随机变量。
实现步骤为:首先产生通过检验的[0,1]区间均匀分布随机数序列;然后按照
公式产生指定分布参数
的指数分布随机数序列。
(4)广义指数分布
在雷达系统中,在有信号加噪声存在时,平方律检波器的输出 x 可看作是具
1
ln u
i
,随机变
有广义指数分布的随机变量。概率密度表达式为
f (x) exp[(x s)]I
0
(2 xs )
,
式中 s
是输入信噪比
。
如果随机变量
u
1
i
,
u
2i
为[0,1]区间上的相互独立的均匀分布随机变量,则广
义指数分布的随机抽样表达式为:
x
i
ln u
1i
2 s ln u
1i
cos(2
u
2i
) s
;
实现步骤为:首先产生 2 个通过检验且相互独立(取不同种子值)的[0,1 区
间均匀分布随机数序列;然后按照上述表达式产生指定参数 s 的广义指数分布随
机数序列。
(5)混合指数分布
混合指数分布有概率密度函数
f
ME
r exp(2r
x) (1 r) exp(2(1 r)
x)
0 r
1
2
式中:
为指数分布参量;r 为混合系数。当 r=1/2 时,混合指数分布就变
成了指数分布。
混合指数分布随机变量的产生公式为:
i
(x) =
ln u
i
2r
, u
i
<r
ln u
i
,
u
i
>=r
2(1 r)
其中
u
i
为[0,1]区间上的均匀分布随机变量。
实现步骤为:首先产生 1 个通过检验的[0,1] 区间均匀分布随机数序列;然
后按照公式产生指定参数
r, s
的广义指数分布随机数序列。
(6)韦布尔分布
韦布尔随机抽样公式为:
i
x
n
b
a
ln u
i
。其中
u
i
为[0,1]区间上的均匀分布
随机变量。
近年来,对韦布尔分布的研究较多,除某些特定的陆地杂波反射及用高分辨
率雷达测量时所得到的海杂波反射服从韦布尔分布以外,在电子器件的寿命和系
统可靠性研究等方面,韦布尔分布均有广泛应用。在位置参数
x
n
=0,形状参数
a 2
时,韦布尔分布随机抽样表达式即是瑞利分布抽样公式,在位置参数
x
n
=0,
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