matlab 天线设计泰勒加权_现代雷达系统分析与设计

Dear 丶 2023-01-02 15:23 499阅读 0赞

**一、某弹载雷达系统要求：不模糊探测距离80km；工作比不超过20%；波长l=3cm；天线等效孔径D=0.25m(直径)；噪声系数F=3dB；系统损耗L=4dB；天线波束宽度θ3dB =6°；目标的RCS:s=1500 m2。弹目之间的相对运动关系如图。目标航速Vs=10~30m/s（任取一值），导弹运动速度Va=600m/s，目标航向与弹轴方向之间的夹角为α′=30°，目标偏离弹轴方向的角度为β=1°，则在舰船位置P，导弹对目标视线与目标航向的夹角α=α′+β。从t=0时刻开始，导弹从O向O’位置运动, 目标从P向P’位置运动。**

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图2 模糊函数

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图3. 距离模糊函数图

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图4.多普勒模糊函数图

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图5. 的-4dB等高线图

**2.若天线在±45°范围内搜索，扫描速度为60°/s，可积累的脉冲数*N* =？若要求发现概率*Pd* =90%，虚警概率*Pfa*=10e-6，达到上述检测性能要求的SNR＝？在搜索状态，若采用64个脉冲相干积累，计算要求的辐射峰值功率*Pt* =？若取*Pt* =30W，计算目标回波单个脉冲和64个脉冲相干积累后的信噪比SNR与距离的关系曲线（考虑信号处理损失5dB）。**

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图6. 信噪比SNR与距离的关系曲线

**3．搜索工作状态时，(1) 给出所采用LFM信号的匹配滤波函数*h*(*t*)和*H*(*f*)，并画图。比较加窗(主副瓣比35dB)和不加窗时的脉冲压缩结果，指出主瓣宽度。（纵坐标取对数）(2)** **相位编码脉冲信号的多普勒敏感性。**

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图7 匹配滤波函数的时域曲线

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图8 匹配滤波器的频响函数

加窗前后的脉冲压缩结果如图9所示。

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图9/10 加窗脉压结果对比图

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图9/10 加窗脉压结果对比图

为了使主副瓣比至少为35dB，实验中分别加Hamming窗和Taylor窗，其中Hamming窗的最大旁瓣电平为-42.5dB，使Taylor窗的最大旁瓣电平为-35dB。可以看到，不加窗时，第一旁瓣电平为-13dB左右，即加窗后其旁瓣得到了有效的抑制，但其主瓣宽度稍微有所增加。从图10可以看出，加窗前后主瓣宽度展宽大约1us。

(2) 为了说明相位编码信号的多普勒敏感性，采用如下参数对M序列的脉冲压缩结果进行仿真。

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仿真结果如下图所示。图12为长度为127的M序列，图13是输入信号的实部，图14是目标速度为0和25m/s时的脉压结果，图15是目标速度为50m/s和100m/s时的脉压结果。所以，当目标的速度过大，其回波信号在整个脉冲宽度内由于多普勒频率而产生的相移过大，使得脉压处理时无法与发射信号的调制相位相匹配，从而导致脉压损失，甚至无法压缩出目标。故二相编码只适合于慢速运动目标的场合。

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图12 长度为127的M序列

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图13 输入信号的实部

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图14 速度为0和25m/s时的脉压结果

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图15 速度为0和25m/s时的脉压结果

**4.在搜索状态，假设目标距离为60~80km（任取一值）。假定中频正交采样频率*fs* =2MHz。(1)写出目标回波的基带信号模型，推导脉压、相干处理后的输出信号模型。(2)假设在相干积累前导弹自身的速度进行了补偿，若A/D采样时噪声占10位，目标回波信号占8位（即输入SNR=-12dB,考虑A/D变换器的量化误差）。画出A/D采样的回波基带信号、脉压处理后的输出信号、相干积累的输出信号。分析每一步处理的信噪比变化。(3)解释目标所在多普勒通道对应的频率与实际的多普勒频率是否相符？(4)对目标所在多普勒通道进行CFAR处理，画出目标所在多普勒通道信号及其CFAR的比较电平(检测概率0.9，虚警概率1e-6)。（除回波基带信号外，其它波形的纵坐标取对数）**

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图16 回波信号

脉冲压缩处理后的结果如图17所示，通过仿真得到信噪比为10.02dB。此时信噪比提升约22.02dB，理论上信噪比应提高10log(160)=22.0dB，实验结果与理论结果一致。

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图17 脉冲结果

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图18脉冲积累效果图

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图19/20 CFAR处理结果

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图19/20 CFAR处理结果

**二、针对某阵列雷达的实测数据，给出如下处理结果：**

**数据文件：radar\_data.mat，为三维数组3000 × 20 × 12，3000为距离单元，20为天线单元数（天线间隔0.625m），12为一个波位的脉冲数。其它参数上课给出。**

**对数据依次进行DBF、脉压、MTI、CFAR等处理。**

**1.** **给出波束指向为0°时的DBF处理结果，要求副瓣<-25dB。**

**解** 当波束指向为0°时，各阵元的馈电相位差为零。DBF便是把所有同相信号空间相加。为了达到副瓣电平要求，需在DBF处理时进行加权处理，这里采用泰勒窗，结果如图21所示。

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图21 DBF处理结果

**1.** **给出脉压后的原始视频，要求副瓣<-35dB。（LFM信号: B=800KHz，Te=420us）**

**解** 脉冲压缩时要求旁瓣低于-35dB，也需要使用加窗的方法。加窗后的脉压结果如图23所示。这里采用泰勒窗，结果如图22所示。

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图22 脉压后的原始视频

**1.** **设计四/六脉冲MTI滤波器，给出MTI后的原始视频。（雷达为三变T：4100：4400：4700 us）**

**解**MTI的目的是滤除地杂波，由于通常杂波是分布在零频附近的，因此可以通过设计带阻滤波器去除杂波，即MTI滤波器。当信号周期固定时，MTI对应的盲速很低，因此在实际中通常采用变T，变T可以将盲速增大到各T的最小公倍数对应的周期所对应的盲速，这时的MTI需要对不同的延时乘以不同的权系数，而且还应注意要保证在信号通带内滤波器具有一定得平坦度。为了达到MTI滤波器的最佳性能，这里采用零点分配法设计四脉冲MTI滤波器，该滤波器的频响特性如图22所示，可以看到零频附近的零点深度约为-200dB。MTI后的原始视频如图23所示。

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图22 六阶滤波器的频响特性

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图23 MTI后的原始视频

**1.** **对MTI后的原始视频进行非相干积累、CFAR处理，给出非相干积累后的原始视频和CFAR的噪声电平估计值（Pd=0.9,Pfa=1e-6. 画图并解释）。**

**解** 对目标所在多普勒通道进行单元-平均CFAR，虚警概率Pfa = 10e-6，取参考单元数M=5，保护单元数N=3，MTI非相干积累的原始视频和单元-平均CFAR处理时的检测门限图如图24所示。

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图24 非相干积累的原始视频和CFAR处理图

还有MATLAB代码和仿真的数据文件，对雷达信号处理感兴趣，需要学习的的可以向我咨询(是付费咨询，不是私信哈)，好东西只给有趣的人。

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