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信号处理的MATLAB仿真.docx
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信号处理的 MATLAB 仿真
11 目 录
1. 设计的基本骤 ..............................................................................................................1
1.1 雷达信号的产生 .................................................................................................1
1.2 噪声和杂波的产生 .............................................................................................1
2. 信号处理系统的仿真 ....................................................................................................1
2.1 正交解调模块 ...................................................................................................2
2.2 脉冲压缩模块 ...................................................................错误!未定义书签。
2.3 回波积累模块 ...................................................................错误!未定义书签。
2.4 恒虚警处理(CFAR)模块.............................................................................4
1
信号处理的 MATLAB 仿真
1 设计的基本骤
xx 是通过发射电磁信号,再从接收信号中检测目标回波来探测目标的。
再接收信号中,不但有目标回波,也会有噪声(天地噪声,接收机噪声);
地面、海面和 气象环境(如 xx)等散射产生的杂波信号;以及各种干扰信号
(如工业干扰,广播电磁干扰和人为干扰)等。所以,xx 探测目标是在十
分复杂的信号背景下进行的,xx 需要通过信号处理来检测目标,并提取目
标的各种信息,如距离、角度、运动速度、目标形状和性质等。
I
至
雷
的
达
终
端
设
备
Q
图3-6 设计原理图
2 信号处理系统的仿真
xx信号处理的目的是消除不需要的信号(如杂波)及干扰,提取或加
强由目标所产生的回波信号。xx信号处理的功能有很多,不同的xx采用的
功能也有所不同,本文是对某脉冲压缩xx的信号处理部分进行仿真。一个
信号处理的MATLAB 仿真
典型的脉冲压缩xx的信号处理部分主要由A/D 采样、正交解调、脉冲压缩、
视频积累、xx虚警处理等功能组成。因此,脉冲压缩xx信号处理的仿真模
型.
2.1 正交解调模块
xx中频信号在进行脉冲压缩之前,需要先转换成零中频的I、Q 两路正
交信号。中频信号可表示为:
(3.2)
式(3.2)中, f0 为载波频率。
令:
(3.3)
则
(3.4)
在仿真中,所有信号都是用离散时间序列表示的,设采样周期为T ,则
中频信号为
f IF (rT ) ,同样,复本振信号采样后的信号为
flocal=exp( jω 0rT )(3.5)
则数字化后的中频信号和复本振信号相乘解调后,通过低通滤波器
后得到的基带信号f BB (r) 为:
(3.6)
式(3.6)中, h(n) 是积累xx为N 的低通滤波器的脉冲响应。
信号处理的MATLAB 仿真
根据实际的应用,仅仅采用以奈奎斯特采样率进行采样的话,得不到
较好混频信号和滤波结果,采样频率f s 一般需要中心频率的4 倍以上才
能获得较好的信号的实部和虚部。当采样频率为f s = 4 f0时,ω0 T = /2,
则基带信号可以简化为
(3.7)
使用Matlab 仿真正交解调的步骤:
产生理想线性调频信号y。
(1)
(2)
产生I、Q 两路本振信号。设f0为本振信号的中心频率,f s为采样频
率,n为线性调频信号时间序列的xx,则I 路本振信号为cos(n2f0/fs),
同样,Q路本振信号sin(n2f0/fs)。当f s = 4 f0 时,I、Q 两路本
信号分别为cos(n/2)和sin( nπ /2)。
线性调频信号y 和复本振信号相乘,得到I、Q 两路信号。
(3)
(4)
I、Q 两路信号通过低通滤波器,滤除高频分量,以获得最终的检波
结果。Matlab 提供了方便的滤波函数filter(b,a,x)。其中x 为输入
信号,b,a 为滤波器传递函数的分子和分母的系数向量。
2.2 脉冲压缩模块
在进行脉冲压缩处理之前,首先要获得相应的xx发射信号的匹配滤波
器。在实际工程中,对脉冲压缩的处理往往是在频域实现的,因为这样可
以利用FFT算法提高计算速度,然后将xx回波与匹配滤波器的频域响应(脉
冲压缩系数)相乘,再经过IFFT变换,从而得到脉冲压缩处理的结果,而
不用进行卷积处理,大大降低了运算量。因此,在进行脉冲压缩处理仿真
的时候,首先应当获取脉冲压缩处理的匹配滤波器或脉冲压缩系数。求线
性调频信号的脉冲压缩系数比较简单,只需要将理想线性调频信号取共轭
和翻转即可。
信号处理的MATLAB 仿真
使用Matlab仿真线性调频信号脉冲压缩的步骤:
产生理想线性调频信号y ;
(1)
(2)
(3)
对信号正交解调, 得到解调后的信号fbb = fbb _ i + j * fbb _ q ;
产生理想线性调频脉冲压缩系数。这一步要首先求出正交解调后的信
号fbb 的匹配滤波器,然后利用离散xx变换求出脉冲压缩系数;
产生理想回波信号( signal ),对信号进行正交解调。理想回波信
号是一个脉冲重复周期内xx收到的回波信号,并假设目标为静止点目
标;
(4)
(5)
脉冲压缩处理。首先对回波信号做离散xx变换,得到signal_fft,然
后将signal_fft与匹配滤波器的频域响应(脉冲压缩系数)相乘,再
经过离散xx反变换,从而得到脉冲压缩结果。设xx发射信号为线性调
频信号,具体参数如下:脉宽10μs、中心频率10MHz、调频带宽2MHz。
对xx回波信号的采样频率为40MHz,中频进行正交下变频。
2.3 回波积累模块
现在的xx都是在多脉冲观测的基础上进行检测的,多个脉冲积累后可
以有效地提高信噪比,从而改善xx的检测能力。积累处理可以在包络检波
前完成,称为检波前积累或者中频积累。信号在中频积累时要求信号间有
严格的相位关系,也就是说信号是相参的,所以也称为相参积累。此外,
积累过程可以在包络检波后完成,称为检波后积累或者视频积累。由于信
号在包络检波后失去了相位信息而只保留了幅度信息,所以检波后积累处
理就不需要信号间有严格的相位关系,因此这种积累又称为非相参积累。
实现非相参积累的方法有很多,例如抽头xx积累(FIR 积累)器和反馈积
累器。
下面介绍抽头xx积累(FIR 积累)模型。
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