雷达原理
一、绪论
雷达：无线电探测与测距。利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。
雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。
组成框图
雷达测量原理
雷达发射信号：
雷达接收信号：
雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息
雷达组成：
天线：向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波
收发开关：
发射状态将发射机输出功率接到天线，保护接收机输入端
接收状态将天线接收信号接到接收机，防止发射机旁路信号
发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波
接收机：放大微弱的回波信号，解调目标信息
雷达的工作频率：
工作频率范围：22mhz--35ghz
扩展范围：2mhz--94ghz
绝大部分雷达工作在：200mhz--10000ghz
雷达的威力范围：最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围
分辨力：区分点目标在位置上靠近的能力
距离分辨力：同一方向上两个目标之间最小可区别的距离
角度分辨力：在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度
数据率：雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。
跟踪速度：自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度
发射功率的和调制波形：
发射功率的大小直接影响雷达的作用距离
发射信号的调制波形：
早期简单脉冲波形，近代采用复杂波形
脉冲宽度：脉冲雷达发射信号所占的时间。影响探测能力和距离分辨力
重复频率：发射机每秒发射的脉冲个数，其倒数是重复周期。决定单值测距的范围，影响不模糊速区域大小
天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示
天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。机械性扫描和电扫描
接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。 显示器的形式和数量：雷达显示器是向操纵人员提供雷达信息的一种终端设备，是人际联系的一个环节。 电子战对抗中的雷达：
电子战（EW ）:敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，包括电子对抗和电子反对抗。
电子对抗（ECM ）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电磁侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁） 电子反对抗（ECCM ）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效采用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁） 雷达反干扰
天线抗干扰：低旁瓣、旁瓣对消、波束控制、随机扫描
发射机抗干扰：提高有效辐射功率、频率捷变、频率编码、频率分集、脉冲压缩、波形隐蔽、窄脉冲、重频时变
接收机、信号处理机抗干扰：接收机抗饱和、重频、脉宽鉴别、MTI 、MTD 、积累检测
二、发射机
发射机任务：产生大功率高频振荡发射信号。脉冲雷达要求发射机产生一定宽度、一定重复频率、一定波形的大功率射频脉冲列
基本类型：连续波发射机、脉冲调制发射机（单极振荡式发射机、主振荡式发射机） 输出功率：发射机送到天线输入端的功率
峰值功率：脉冲期间发射机输出功率的平均值（不要过分增大法设计的峰值功率）
平均功率：脉冲重复周期内输出功率的平均值： 工作比D:
常规脉冲雷达工作比0.001
脉冲多普勒雷达工作比10-2 ~10-1量级 连续波雷达工作比100%
总功率：发射机输出功率与输入功率之比 主振放大式发射机特别注意改善输出级效率 信号形式：
信号形式由雷达体制决定
常规脉冲雷达为简单脉冲波形，特殊体制雷达为复杂调制波形
t r av P T P τ=r r
T F D ττ=
=
信号的稳定度或频谱纯度
信号的稳定度：
信号各项参数（振幅、频率（或相位）、脉冲宽度及脉冲重复频率）是否随时间做不应有的变化
信号的频谱纯度：雷达信号在应有信号频谱之外的寄生输出（频谱纯度为稳定度在频域中的表示）
相参信号：
信号的相参性：两个信号相位间存在确定关系。
单级振荡式发射机：振荡器工作状态由脉冲调制器控制，每个射频脉冲起始射频相位由振荡器噪声决定具有随机性，即射频信号相位不相参。
主振放大式发射机：主控振荡器提供基准连续波信号，射频脉冲通过脉冲调制器控制射频功率放大器产生。相继射频脉冲具有固定的相位关系。
脉冲调制器任务：产生等幅、等宽、等时间间隔的视频脉冲序列控制发射机输出高频脉冲序列。
脉冲调制器解决的关键问题：尽可能降低对于电源部分的高峰值功率的要求，实现用较小功率电源产生较大峰值功率射频脉冲。
固态发射机的优点：1、不需要阴极加热、寿命长；2、具有很高的可靠性；3、体积小、重量轻；4、工作频带宽、效率高；5、系统设计和运用灵活；6、维护方便，成本较低。
固态高功率放大器模块：应用先进的集成电路工艺和微波网络技术，将多个大功率晶体管的输出功率并行组合，即可制成固态高功率放大器模块。输出功率并行组合的主要要求是高功率和高效率。根据使用要求，主要有两种典型的输出功率组合方式。
三、接收机
接收机的任务：接收和检测雷达的回波信号并进行处理，为测量系统及控制系统提供包含目标信息的各种必须信号。
处理信号：选择信号——时间、频率，放大信号——高放、中放、视放，变换信号——混频、检波
超外差式雷达接收机主要组成部分：
高频部分，又称为接收机“前端”，包括接收机保护器、低噪声高频放大器、混频器和本机振荡器；中频放大器，包括匹配滤波器；
检波器和视频放大器。
接收机的工作频带宽度：表示接收机的瞬时工作频率范围。要求雷达发射机和接收机具有较宽的工作带宽。频率捷变雷达要求接收机的工作频带宽度为(10—20)%。
动态范围：表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围。 表示方法：使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检测功率之比 措施：采用对数放大器、 各种增益控制电路等抗干扰措施 中频的选择和滤波特性：
减小接收机噪声的关键参数是中频的滤波特性。如果中频滤波特性的带宽大于回波信号带宽, 则过多的噪声进入接收机。如果所选择的带宽比信号带宽窄, 信号能量将会损失。
工作稳定性和频率稳定度：工作稳定性是指当环境条件(例如温度、 湿度、机械振动等)和电源电压发生变化时, 接收机的性能参数(振幅特性、频率特性和相位特性等)受到影响的程度, 希望影响越小越好。 大多数现代雷达系统需要对一串回波进行相参处理, 对本机振荡器的短期频率稳定度有极高的要求(高达10-10或者更高), 因此，必须采用频率稳定度和相位稳定度极高的本机振荡器, 即简称的“稳定本振”。 抗干扰能力：有源干扰和无源干扰
有源干扰：敌方施放的各种杂波干扰和邻近雷达的异步脉冲干扰。
无源干扰：指从海浪、雨雪、地物等反射的杂波干扰和敌机施放的箔片干扰。 这些干扰严重影响对目标的正常检测, 甚至使整个雷达系统无法工作。 常见的接收机噪声模型：电阻热噪声、天线噪声
天线噪声：天线噪声是外部噪声, 它包括天线的热噪声和宇宙噪声, 前者是由天线周围介质微粒的热运动产生的噪声, 后者是由太阳及银河星系产生的噪声, 这种起伏噪声被天线吸收后进入接收机, 就呈现
为天线的热起伏噪声。天线噪声的大小用天线噪声温度TA 表示, 其电压均方值为 式中, R A 为天线等效电阻。P(f)与f 有关，称之为色噪声。 噪声系数和噪声温度：
额定功率增益：
信噪比：信号与噪声功率之比
噪声系数：接收机输入端信噪比与输出端信噪比的比值。
Si 为输入额定信号功率; Ni 为输入额定噪声功率(Ni =kT 0B n ); S 0为输出额定信号功率; 0为输出额定噪声功率。
噪声系数F 表示由于接收机内部噪声的影响, 使接收机输出端的信噪比相对其输入端的信噪比变差的倍
数。表示实际接收机输出的额定噪声功率No 与“理想接收机”输出的额定噪声功率NiGa 之比。 接收机的灵敏度：表示接收机接收微弱信号的能力。用接收机输入端的最小可检测信号功率Si min 来表
示。受噪声电平的限制。 灵敏度和噪声系数的关系：
提高灵敏度就是减少最小可检测信号功率，即：
① 降低接收机的总噪声系数F0——高增益、低噪声高放； ② 合理的选择B n ；
③ 在保证整机性能的前提下，尽量减小M 的数值。
n
A A nA
B R kT u 42
=()C R KT B U f P A A n n ≠=42o
o i
i
N S N S F //=a i o
G N N F =
识别系数，用M 表示 ia
oa
a S S G =
0N S
引起频率变化的原因：
1、磁控管振荡器的预热漂移、温度漂移、负载变化引起的频率拖曳效应以及电子频移
2、电源变化、温度变化引起本机振荡器的频率漂移
3、采用机械跳频抗干扰的雷达中，由于机械跳频统调不准确而引起的失谐误差。 接收机的动态范围：
接收机能正常工作所容许的输入信号强度变化范围。 增益控制电路： 作用：
1、防止过载（强信号），在弱信号时使接收机处于高增益状态
2、确保接收机有稳定的增益，补偿接收机增益的变化
3、满足不同的观测条件和调整状态时的不同要求
目的：在雷达工作时，在雷达的作用范围内，通过适时适当地调整接收机的增益，使其输出的信号基本上稳定在所需的电平上，而不随目标的距离、接收机本身参数的变化而改变。 种类：自动增益控制AGC ，瞬时自动增益控制IAGC ，近程增益控制STC
自动增益控制AGC ：在跟踪雷达中, 为了保证对目标的自动方向跟踪, 要求接收机输出的角误差信号强度只与目标偏离天线轴线的夹角(称为“误差角”)有关, 而与目标距离的远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得到这种归一化的角误差信号,使天线正确地跟踪运动目标, 必须采用自动增益控制(AGC)。
近程增益控制STC ：近程增益控制电路又称“时间增益控制电路”或“灵敏度时间控制(STC)电路”, 它用来防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。 匹配滤波器：
匹配滤波器是在白噪声背景中检测信号的最佳线性滤波器, 其输出信噪比在某个时刻可以达到最大。 如果已知输入信号s(t), 其频谱为S(ω), 则可以证明匹配滤波器在频率域的特性为:
四、雷达终端显示器
显示器的任务：以光学图形、图像的表现形式，将雷达探测到的目标信息通过视觉传递给雷达操作者。 显示内容：包括目标的位置及其运动情况，目标的各种特征参数等。
计算机图形显示主要优点：1、控制灵活，改动方便 2、可以实现比较复杂的功能 电子束偏转方式：
随机扫描：用随机定位的方式控制电子束的运动。只要给出与位置(X,Y)相应的扫描电压(电流)，就可在荧光屏上的任意位置显示信息。 光栅扫描：由在屏幕上一条接一条的水平扫描线构成，根据输入指令相应地增强某些部分的水平扫描线时，就可产生显示信息。 雷达信息处理内容：
1、从雷达接收机的输出中检测目标回波，判定目标的存在。
2、测量并录取目标的坐标。
3、录取目标的其它参数，如机型、架数、国籍、发现时间等，并对目标进行编批。 目标角坐标的录取：等信号法和加权法
五、雷达的作用距离
天线增益和面积的关系：
天线增益定义：在相同输入功率的条件下，天线在最大方向上产生的功率密度与理想点源天线（无方向性理想天线）在同一点产生的功率密度的比值，即为该天线的增益系数。
max min ~i i U U max
min ~i i P P e
A G 2
4λ
π
=
根据接收机信号检测理论：
当 时，雷达才能可靠地发现目标 当 时，雷达发现目标的距离R max 所以： 当 时，雷达不能检测目标 由方程得出的结论：
与发射机输出脉冲功率的四次方根成正比
与接收机灵敏度的四次方根成反比
或
与天线增益或有效接收面积的平方根成正比
与目标截面积的四次方根成正比
与有关：
呈反比关系；
呈正比关系
二次雷达方程：--目标上装有应答器
目标应答器收到雷达信号后，转发特定的应答信号。 特点：
1、雷达收到的回波信号只经过单程传播
2、二次雷达系统能可靠地工作。应答器能收到雷达信号、雷达能检测应答器转发的信号 (1)上行作用距离R max ：
已知：雷达发射功率Pt ，雷达天线增益Gt ， 应答天线增益 ，应答器的灵敏度
则：上行作用距离 (2)下行作用距离R ·
max 下行作用距离 最小可检测信号
：根据雷达作用距离，可确定检测目标信号所需的最小输出信噪比以及接收机最
小可检测信号功率。 门限检测：将接收机输出的视频信号与门限电压
进行比较。
检测的四种情况
（1）有目标判有目标——发现，出现概率称发现概率P d （2）有目标判无目标——漏报，出现概率称漏报概率P la
（3）无目标判无目标——不发现，出现概率称不发现概率P an
4
1
max ]
[t P R ∝4
1
max m in]
[-∝Si R 2
1
max ]
[G R ∝2
1
max ]
[A R ∝41
max ][σ∝R []
2
1
λ4
min
22max 4i r S A P R πλσ=()4
min
322max 4 i t S G P R πσ
λ=min i S T
V 门限值
噪声平均值
B
A
C
时间
()4max
322max 422min
44R G P R A P S P t r t i r πσλπλσ===mi n
mi n ????
??=o
o
o n o i N S F B KT S 1
,1=+=+fa an la d P P P P mi n i r S P >min i r S P 雷达系统仿真实验报告 设计题目：基于巴克码的脉冲压缩雷达信号处理院系：电子与信息工程学院 专业：电子工程系2班 设计者：宋丽君 学号：11S005090 哈尔滨工业大学 目录 一.设计目标 (1) 1.1概述： (1) 1.2 设计要求： (1) 二.综合设计原理 (2) 2.1 巴克码（Barker） (2) 2.2 相位编码波形 (3) 2.3 正交I/Q解调 (3) 2.4 脉冲压缩 (4) 2.5 匹配滤波 (4) 三.综合设计仿真结果 (7) 3.1 巴克码编码波形的产生 (7) 3.2 雷达回波的产生 (7) 3.3 正交I/Q解调 (8) 3.4 脉冲压缩处理 (8) 3.5 多个目标的检测 (10) 3.51 两个点目标的产生 (10) 3.52 两个点目标回波的脉冲压缩 (11) 四. 设计体会 ............................................................................ 错误！未定义书签。 五. 参考文献 ............................................................................ 错误！未定义书签。 - I - 雷达系统仿真实验报告11S005090 宋丽君 1.设计目标 1.1概述： 产生相位编码目标回波、对回波进行I/Q解调、匹配滤波，分析多普勒频移对脉冲压缩的影响等，根据仿真结果并结合所学理论进行分析，并给出分析后的结论。 1.2 设计要求： 某雷达采用7位巴克码编码的二元相位编码信号，子码宽度0.5us。雷达中频为f I=10MHz，对雷达中频信号用40MHz采样后送入信号处理，由信号处理进行脉冲压缩和信号检测，雷达作用距离15km。 （1）在中频10MHz上产生雷达发射信号s,并画出雷达发射波形的时域、频域特性；分析信号带宽与子码宽度的关系； （2）产生雷达回波信号，在9km处有一个点目标，回波幅度为1；其他距离处回波为0； （3）对此回波信号进行I/Q解调，将回波信号由中频f I变换为基带信号； （4）在频域对基带信号进行脉冲压缩，画出脉冲压缩后的时域波形； （5）产生雷达回波信号，含有两个点目标，分别位于9km、9.225km，幅度相同为1；画出时域波形，此时两个目标是否能够分开？ （6）对5）产生的回波进行I/Q解调、然后进行时域脉冲压缩，画出压缩后的时域波形，此时两个点目标是否能够在距离上分开？此雷达的距离分辨力？ （7）如果9.225km处的目标是一个运动目标，其多普勒频移为143KHz，求此目标脉压后的结果；如果9.225km处运动目标的多普勒频移为24KHz，求此运动目标脉压后的结果；分析运动目标的多普勒频移对于脉压的影响。 - 1 - 雷达对抗实验报告 学院 专业 学生姓名 学号 导师姓名 仪器号 实验一 雷达测距和接收机灵敏度实验 一、 实验目的 1． 掌握目标回波测距的方法。 2． 雷达回波信号能量变化对接收机输出的信号的幅度（包络）的影响。 3． 掌握切线灵敏度的定义。 二、实验数据 1.信号衰减值：80% 2.切线灵敏度：P TSS =1/2*A 2/R=0.0064 3. 噪声电压峰值Um=80V 噪声最大值 U n =400V 三、思考题 1． 根据记录回波的时延，计算目标回波距离。 答：目标回波时延：tr=52us ，根据公式R=C*tr/2计算得回波距离R 为7.8km 。 2． 距离分辨率为多少？ 答：距离分辨率()2c n c d r v τ?=+≈B 12c *，实验测得目标回波脉冲宽度τ为 240ns ，代入距离分辨率公式得到c r ?约为36m 。 3、 目标回波输入信号的幅度改变，示波器输出信号有何变化？ 答：由前面数据整理的表格可以看出，目标回波输入信号的幅度衰减越来越 大时，示波器输出信号幅度越来越小。 4． 雷达的切线灵敏度是多少？ 答：接收机灵敏度为： 95。 5、基线噪声电压峰值n U 和满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值m U 是否相同？为什么？ 答：基线电压峰值n U 小于满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值 m U ,因为n U 只是接收机内噪声而m U 不仅包含接受机内噪声还包含外界干扰噪声所以n U 实验报告 实验课程名称：雷达原理实验姓名：班级：学号： 注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和 2、平均成绩取各项实验平均成绩 3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2014年 5 月 相位法与振幅法测角实验报告 一、实验目的要求 1. 了解雷达常用测角方法。 2. 学会用仿真软件验证测角算法。 3．能够设计并仿真测角解模糊程序。 二、实验原理 1. 利用了相位法测角的数学模型 2. 利用MATLAB软件编写单基线测向算法和比幅法解模糊程序 相位法测角利用了多哥天线所接收回波信号之间的相位差进行测角；振幅法测角利用了天线收到的回波信号幅值来做角度测量，该幅值的变化规律取决于天线方向图及天线扫描的方式。振幅测角法可以分为最大信号法和等信号法。 三、实验参数设置 （1）载频范围：4GHz （2）目标角度范围：-30°~30° （3）天线数量：3个 （4）天线间距离范围：0.05m~0.3m （5）回波信号DLVA输出幅度：1.5V （6）两两天线相位差测量范围：0.3p 短基线长度0.06 长基线长度0.5 四．实验仿真波形 目标角度/° 相位差/*π 理论相位差与目标角度关系 目标角度/° 相位差/*π 实际读取相位差与目标角度关系 目标角度/° 相位差/*π 相位差与目标角度关系 -60 -40-20 0204060 目标角度/° 相位差/* 相位差与角度关系 -60 -40 -200204060 -202 目标角度 误差/度 短基线测角精度误差 -60 -40-20 0204060 -0.500.5 目标角度 误差/度 长基线测角精度误差 四、 实验成果分析 实验利用三个天线的比对测量目标角度，通过选取天线的距离来比较得到数据的误差，五角星符号位插八度是对应的目标角度。偏差选取了较小天线距离带来的误差。 五、 教师评语 教师签字 电子科技大学 课 程 设 计 报 告 课程名称：雷达原理与系统 设计名称：雷达系统设计 指导老师：江朝抒 姓名：韦瑞强 学号：20 专业：电子信息工程 1.设计要求 设计一雷达系统，对1m2目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。要求： 1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 参数求解： 1.1雷达工作频率f ，发射功率t P 已知距离分辨率的公式为：min 2c R τ?= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7min 82215100.1310 R s s s c τμ-??====?，不妨取雷达的工作频率为1f GHZ =，发射功率40t P kW =，则8 93100.3110 c m m f λ?===?。 1.2天线孔径及增益 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得： 水平口径尺寸L 为： 垂直口径尺寸h 为： 天线的孔径224.30.43 1.8478D Lh m m ==?= 天线增益2244 1.84782580.3 A G ππλ?==≈ 1.3脉冲重复频率r f 发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则有： 设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为 0.0001-0.01，为了满足测距的单值性，不妨取0.001D =，则 1.4接收机灵敏度 若以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为： 所以，接收机灵敏度() 23211min 42423max 40101 1.8478 1.210440.31010t r i P A S w w R σπλπ-???==≈???? 1.5相参积累时间 设单基地脉冲雷达的天线为360环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，可取： 则对一个点目标的相参积累时间t 为： 脉冲积累个数31101016660r n tf ==??≈ 2 最大不模糊速度，最大不模糊距离，速度分辨率 不产生频闪的条件是：12d r f f ≤ 其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ = 关系可得最大不模糊速度： 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期r T 决定，为保证单值测距，通 常应选取： 故最大不模糊距离max 15R km = 。 辽宁工程技术大学 实验报告 实验项目：地质雷达勘察 实验地点：辽宁工大北校区 姓名：学号： 专业班级：土木17-2班 实验时间： 2019.11.23 实验目的： （1）了解地质雷达操作步骤； （2）了解地质雷达勘察原理； （3）了解地质雷达资料解释方法； （4）场地道路及地下管线勘察。 实验基本原理： 1.地质雷达是浅层地球物理勘探中的重要方法之一，它在浅层工程地质勘查中起着十分重要的作用。地质雷达是利用高频电磁波束在界面上的反射探测有关目的物。 2.地质雷达的系统主要由四部分组成：(1)脉冲发生器，用于产生可重复的发射脉冲；(2)发射天线与接收天线，用于发射和接收电磁波；(3)取样接收与模数转换器，用于进行模拟信号到数字的转换；(4)主控制器，用于完成信号的采集和显示过程。 3.发射天线和接收天线紧靠地面，发射天线发射的电磁波传入大地，电磁波在地下传播过程中遇到介质的电性分界面后便发生反射或折射，反射回地面的电磁波被接收天线所接收。不同介质介电常数不同，形成电性界面，根据回波讯号的特征及其传播时间可判断电性界面的形态和埋深。 4. 探地雷达利用高频电磁波(主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，田地面通过天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R 所接收，如下图: 实验数据记录及处理： 该地质雷达图像分析：地质雷达波在含水层表面发生强振幅反射；电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射，在富水带内产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测；电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期明显增大，电磁波能量快速衰减,能量团分布不均匀，自动增益梯度很大；因含水面通常分布连续，反射波同相轴连续性较好，波形相对较均一；从基岩到含水层是高阻抗到低阻抗介质的变化，因而反射电磁波与入射电磁波相位相反。地下水经常存在于断层带、裂隙密集带以及岩溶发育带中，含水程度和储水条件主要受构造控制。在常见物质中，水的相对介电常数最大为 80，与基岩介质相比存在明显的电性差异。 实验指导教师签字： Harbin Institute of Technology 雷达对抗技术 实验报告（一） 姓名：王露 学号：1120520304 班级：1205203班 指导教师：冀振元 院系：电子与信息工程学院 一、实验要求 1、生成多周期线性调频信号，并对其进行频谱分析； 2、对仿真生成的信号利用两种窗口函数进行STFT变换生成时频分析图，并 讨论了两种窗的优劣性； 3、采用两种不同长度的窗口函数进行以上运算，分析窗长对时频分辨率的 影响。 二、实验步骤： 1、利用公式生成多周期线性调频信号错误！未找到引用源。； 2、对信号进行FFT变换得到其频谱； 3、生成一个窗函数错误！未找到引用源。（Matlab中有现成的函数），窗长 L； 4、让窗口函数每次滑动L个点（即窗口不重叠），与信号进行运算错误！ 未找到引用源。，然后进行FFT变换，并取幅值最大的频率点作为本窗口内的频率； 5、窗口函数的每次滑动保留M个点重叠，与信号进行运算错误！未找到 引用源。，然后进行FFT变换，并取幅值最大的频率点作为本窗口内的频率； 6、生成时频分析图。讨论各种窗在STFT中的应用性和窗口长度L与重合长 度M对时频分辨率的影响。 三、实验原理 1、线性调频连续波（LFMCW）信号单周期表达式为： 上式中，的取值范围是错误！未找到引用源。；：LFMCW信号调制斜率，且： 错误！未找到引用源。:LFMCW信号起始频率；：LFMCW 信号幅度 ：LFMCW信号带宽；：LFMCW信号周期 2、多周期信号表达式为： 式中，错误！未找到引用源。为整数 3、非平稳信号是指信号的统计特征随时间变化的时变信号，其频率也是时间的函数。线性调频信号是典型的非平稳信号。传统的傅立叶变换可求得信号的频率，但该方法是基于信号的全局信息，并不能反映信号的局部特征，也不能反映其中某个频率分量出现的具体时间及其变化趋势，不具备分析信号的瞬时有效性。而瞬时频率，能给出信号的调制变化规律，具有它独特的优势和瞬时有效性。 4、瞬时频率作为描绘非平稳信号特征的一个重要物理量，其估计和提取一直是非平稳信号处理中的研究热点。目前，人们已提出如瞬时自相关法、相位法、过零点法、时频分析等多种手段和方法。在信号的时频分析中用的最多的就是短时傅立叶变换（STFT），短时傅立叶变换是典型的线性时频表示。这种变换的基本思想就是用一个窗函数乘时间信号，该窗函数的时宽足够窄，使取出的信号可以看成是平稳的，然后进行傅立叶变换，可以反映该时宽中的频谱，如果让窗函数沿时间轴移动，可以得到信号频谱随时间变化的规律。 四、实验结果 1、单周期线性调频信号时域和频谱图 其载频为0.1mHz，带宽为0.4mHz，抽样频率为5mHz. 2、多周期线性调频信号时域和频谱图雷达仿真报告1
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