1. 常見雷達信號模糊函數(CW、LFM、HFM、Bark、Costas)【附MATLAB代碼】
一、常規雷達信號(CW信號)
常規雷達信號通常指的是相位保持恆定的一種信號,這類信號在脈沖雷達系統中比較常見。在單載頻信號中,相位不隨時間變化,因此對應的c(t)函數為常數0。常規雷達信號的數學表達式如下所示:
通過模擬,可以觀察到信號在時間軸上的穩定表現。
二、線性調頻雷達信號(LFM信號)
LFM信號在雷達應用中較為廣泛,其相位隨時間呈二次函數變化,表達式為c(t)=πkt^2。這里的k表示調頻斜率,B =kT為信號帶寬,其中T為脈沖寬度,B決定了雷達的解析度。LFM信號的模型如下所示:
模擬結果展示出信號隨時間變化的線性調頻特性。
三、高斯調頻雷達信號(HFM信號)
HFM信號的表達式較為復雜,涉及脈沖寬度T、調頻參數b、線性調頻斜率k和信號帶寬B等參數。該信號的數學描述如下所示:
通過模擬,可以直觀地觀察到HFM信號的調頻特性。
四、巴克編碼雷達信號
巴克編碼雷達信號通過副包絡u(t)和相位調制函數φ(t)實現。其中,u(t)與幅度調制函數相關,φ(t)代表相位調制,而f0是載波頻率。巴克編碼的數學模型如下所示:
通過模擬,可以觀察到巴克碼雷達信號的自相關性能。
五、Costas頻率編碼信號
Costas頻率編碼信號採用多個按照Costas序列跳變的頻率,每個頻率只出現一次,持續時間相同。Costas序列長度多樣,本文採用長度為16的序列。Costas序列的數學模型如下所示:
通過模擬,可以觀察到Costas頻率編碼信號的時間-頻率關系。
MATLAB代碼用於實現上述雷達信號的生成和模擬,具體代碼略。
2. 干貨:FMCW雷達系統信號處理建模與模擬(含matlab代碼)
五一假期學習新指南:「技術探索者」精心分享的FMCW雷達信號處理與模擬實戰教程,帶你走進MATLAB世界,從基礎理論到實戰模擬,一網打盡。
發射信號的秘密藏在LFMCW波形的公式(1)和(2)中,通過調頻斜率和周期時間,我們可以計算出最大距離(maxR)下的IFmax頻率。MATLAB函數,如 Tx(i) = ...,幫你可視化發射信號的構造。在這個過程中,關鍵參數如雷達的最大距離、距離解析度和速度范圍,都在模擬中精細設定,便於你理解和實踐。
在深入解析中,空閑時間tle_time=6.3e-6秒,調頻斜率決定了中頻頻率變化。速度解析度,采樣頻率,以及發射和接收信號的采樣時間,都以公式精確計算。回波信號的旅途從接收信號Rx的MATLAB表達式開始,通過時域圖和時頻圖,清晰展示接收信號的演變過程。
混頻魔術:接收到的信號經過混頻,生成中頻信號模型。靜止目標測距,是通過計算差頻信號的相位、中頻頻率與距離的關系;對於運動目標,τ的變化會導致中頻信號呈現線性調頻特性。在頻率域,中頻信號參數與時帶寬積的分析,揭示了信號的精髓。
盡管公式(11)提供了近似值,但多普勒效應的影響在FMCW雷達中相對較小。混頻操作Mix(i) = Tx(i).*Rx(i)產生混合信號,其頻譜在圖8中呈現。然而,數字信號模擬可能導致失真,如「和頻」信號因欠采樣丟失高頻,但這並不影響對原理的理解。
低通濾波是信號處理的關鍵步驟,圖10至12展示了濾波效果的提升。圖13放大後的頻率保留了關鍵信息,而正交采樣和距離估計部分將在後續章節展開。公式(12)的簡化版距離估計,系數K受采樣點數影響,二維矩陣形式如圖14所示。
在MATLAB中,圖15展示了第一個chirp脈沖距離維的FFT,半個頻譜的保留呈現深度解析。圖16則進一步展示了FFT結果矩陣,清晰地展示了目標距離和速度的解算路徑。例如,速度解算公式與解析度和門號緊密相關,如圖17中的多普勒門號10對應速度10.04m/s。
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