dsp實驗課程式設計報告
學院：電子工程學院
學號：姓名：
指導教師：蘇濤
dsp實驗課大作業設計
一實驗目的
在dsp上實現線性調頻訊號的脈衝壓縮、動目標顯示（mti）和動目標檢測(mtd)，並將結果與matlab上的結果進行誤差**。
二實驗內容
2.1 matlab**
設定頻寬、脈寬、取樣率、脈衝重複頻率，用matlab產生16個脈衝的lfm，每個脈衝有4個目標（靜止，低速，高速），依次做
2.1.1 脈壓
2.1.2 相鄰2脈衝做mti，產生15個脈衝
2.1.3 16個脈衝到齊後，做mtd，輸出16個都卜勒通道
2.2 dsp實現
將matlab產生的訊號，在visual dsp中做脈壓，mti、mtd，並將結果與matlab作比較。
三實驗原理
3.1 線性調頻
線性調頻脈衝壓縮體制的發射訊號其載頻在脈衝寬度內按線性規律變化即用對載頻進行調製(線性調頻)的方法展寬發射訊號的頻譜，在大時寬的前提下擴充套件了訊號的頻寬。
若線性調頻訊號中心頻率為，脈寬為，頻寬為，幅度為，為調頻斜率，則其表示式如下：
； 在相參雷達中，線性調頻訊號可以用複數形式表示，即
在脈衝寬度內，訊號的角頻率由變化到。
3.2 脈衝壓縮原理
脈衝雷達訊號發射時，脈衝寬度決定著雷達的發射能量，發射能量越大， 作用距離越遠；在傳統的脈衝雷達訊號中，脈衝寬度同時還決定著訊號的頻率寬度，即頻寬與時寬是一種近似倒數的關係。脈衝越寬，頻域頻寬越窄，距離解析度越低。
脈衝壓縮的主要目的是為了解決訊號的作用距離和訊號的距離解析度之間的矛盾。為了提高訊號的作用距離，我們就需要提高訊號的發射功率，因此，必須提高發射訊號的脈衝寬度，而為了提高訊號的距離解析度，又要求降低訊號的脈衝寬度。
脈衝壓縮網路實際上就是乙個匹配濾波器網路，在接收機中設定乙個與發射訊號頻率相匹配的壓縮網路，使經過調製的寬脈衝的發射訊號變成窄脈衝，因此保持了良好的距離分辨力。根據匹配濾波理論，脈壓可以在頻域與時域中進行。
頻域脈壓即對回波訊號進行fft變換，在頻域中實現回波訊號與脈壓係數相乘，最後將結果進行ifft轉換為時域訊號。
時域脈壓即直接對將回波訊號與脈壓訊號進行線性卷積，去掉暫態點後的資料就是脈壓的結果。
3.3 mti（動目標顯示）原理
動目標顯示（mti）本質含義是：基於回波都卜勒通道的提取而區分運動目標和固定目標（包括低速運動的雜波等）。從應用上講，該技術是利用mti濾波器濾除相應雜波，從而提高目標檢測效能。
雷達輻射的高頻脈衝能量被各種地形地物等固定物體和飛機等運動物體反射時，由於前者回波訊號相對於發射訊號的相位差是固定的，而後者的回波訊號相對於發射訊號的相位差是變化的，於是經相位檢波後，固定目標**訊號的幅度不變，而運動目標**訊號的幅度按都卜勒頻率的余弦關係變化，把**訊號延時乙個重複週期後，和未延時訊號加以對消，就可以消除固定目標而只選擇運動目標。因此，若將同一距離單元在相鄰重複週期內的相檢輸出作相減運算，則固定目標的回波將被完全對消，慢速雜波也將得到很大程度衰減，只有運動目標回波得以保留。顯然這樣便可將固定目標，慢速雜波與運動目標區別開來，這就是動目標顯示（mti）的基本原理。
最常用的mti濾波器是抑制地物雜波的濾波器。因為地物雜波都卜勒頻移為零或很小，主要集中在0頻附近。在頻率為0處，濾波器頻率響應應有凹口。
所以地物雜波在通過mti濾波器後將受到很大的抑制。零頻雜波（地雜波）的mti濾波器應在零頻及其週期出現點處形成凹口。最常用的零頻mti濾波器是二項式濾波器，其中最為典型的是一次和二次相消器。
一次相消器（二脈衝對消）輸入資料是乙個基帶複數樣本，這些是同乙個距離單元由順序脈衝返回的，形成乙個有效的取樣間隔的離散時間序列。其時域方程為：，傳輸函式為：
，它是乙個單零點系統，零點的位置在，頻率響應為：。其在零頻有一凹口，可用來抑制雜訊，但同時把靜態目標也給對消掉，因此用mti一次相消器檢測不出靜目標。
3.4 mtd（動目標檢測）原理
僅對雷達回波訊號進行動目標顯示（mti）是不夠的，氣象雜波(如雲雨等)和箔條雜波受氣流和風力的影響,會相對雷達而動,其頻譜中心不是固定在0頻附近,而是在某個頻率區間內變化的, 抑制此類雜波用普通的mti濾波器是不行的，而mtd濾波器則可以抑制此類雜波。如圖1所示：
圖1 動目標顯示濾波器和都卜勒濾波器組的特性
根據最佳線性濾波理論，在雜波背景下檢測運動目標回波，除了雜波抑制濾波器外，還應串接有對脈衝串訊號匹配的濾波器。實際工作中，採用一組相鄰且部分重疊的濾波器組覆蓋整個都卜勒頻率範圍，這就是窄帶都卜勒濾波器組。n個相鄰的都卜勒濾波器組的實現是由n個輸出的橫向濾波器（n個脈衝和n-1根遲延線）經過各脈衝不同的加權並求和後形成的。
該濾波器的頻率覆蓋範圍為0到，為雷達工作重複頻率。mtd就是用窄帶都卜勒濾波器組實現脈衝串訊號匹配的一種技術。下圖給出mtd的實現方法。
圖2 橫向濾波器
橫向濾波器有n-1根延遲線，每根延遲線的延遲時間為，設加在第個橫向濾波器的第個抽頭的加權值為
假設輸入序列為,第個橫向濾波器完成的運算是
上式就是dft的表述式，當是2的乘方的時候，便可以使用fft演算法來快速實現。用fft實現n個濾波器組，fft演算法運算量大約在個乘法，而使用橫向濾波器n組橫向抽頭的分別加權的方法，需要次乘法，在n比較大時，可以明顯節省運算量。
利用mtd可分辨不同速度的目標，其速度分辨力為
其中為都卜勒頻率分辨力。
若訊號的都卜勒頻率滿足：，其中,則會出現都卜勒頻率模糊現象，即速度模糊。
四實驗步驟
以下是該實驗中設定的幾個引數
bandwidth=2.0e6頻寬
timewidth=42.0e-6脈寬
fs=2.0e6取樣率
prt=240e-6脈衝重複週期
targetdistance=[3000 8025 8025 11600目標距離
targetvelocity=[50 0 -120 213目標速度
假設接收到的回波數是16個，雜訊為高斯隨機雜訊。
4.1 在matlab中產生線性調頻訊號。
4.2 根據目標距離得出目標回波在時域的延遲量，根據目標速度得出都卜勒相移，從而在matlab中產生4個目標的16個回波串（接收到的回波含雜訊）。
4.3 由匹配濾波理論產生對應於目標回波的濾波係數（脈壓係數），在時域中做線性卷積，實現匹配濾波（時域脈壓）；在頻域中做回波訊號和脈壓係數的fft，點乘後作逆fft，實現頻域脈壓。兩者進行比較，討論其差別。
4.4 對16個去暫態點後的脈衝串按接收順序進行排列，用一次相消器（一種濾波方式）實現mti。
4.5 做16通道的fft，實現mtd。
4.6 在dsp中對matlab產生的回波資料和脈壓係數進行處理，實現頻域脈壓。匯入dsp的回波資料為時域資料，而脈壓係數為頻域資料。
將匯入dsp的時域回波資料進行一次fft變換到頻域，然後將其與頻域脈壓係數進行點積，得到頻域脈壓結果。對該結果再做一次逆fft，將頻域轉換成時域。在這一步中需要呼叫庫函式fft_flp32.
a**。該子程式可實現8192點複數的fft功能。由於c語言中無法實現複數運算，因此，對8192個複數按照實部虛部交替的順序進行重排列，用長度為16384的陣列來存放時域回波資料。
頻域相乘後，做乘積結果的逆fft，得到脈壓結果。做逆fft，仍需呼叫庫函式fft_flp32.a**，此時要通過fft子程式實現逆fft的功能，要對頻域的資料進行處理，才能達到這一目的。
4.7 對脈壓後的資料按照脈衝號重排，相鄰序列的資料相減（滑動對消），實現mti。
4.8 呼叫子程式fft_16.a**，做16通道fft，實現mtd。入口引數為16通道的脈壓資料。
五實驗結果及討論
5.1 脈壓、mti、mtd結果分析:
5.1.1 脈壓結果及其分析：
由於雷達在發射時不能接收，故最大無遮擋距離(閉鎖期)為：
，而第乙個目標的距離為3000m，因此在閉鎖區內，被遮擋一部分，所以在目標功率相同的情況下，第乙個目標的回波功率明顯小於另兩個，第乙個脈衝的幅度遠小於另二個脈衝的幅度。
第二個脈衝的幅度一直在變化，是因為第二個脈衝是兩個在同乙個距離門的兩個回波訊號的向量疊加。第二個脈衝為功率為1的定目標與功率為0.25都卜勒頻移為雷達發射頻率的0.
25倍的運動訊號的疊加，所以可以看到第二個脈衝的幅度以雷達發射週期的四倍為週期變化。
從圖中可以看出，時頻域脈壓結果差別很小，相對誤差停留在10量級上。理論上兩者計算結果應該是一樣的，之所以存在誤差主要是由於visual dsp和matlab兩種處理工具的精度不同也導致誤差出現。
5.1.2 mti結果及其分析
雷達的距離分辨力為。以第乙個目標為例，對應的橫座標為41，由於matlab的座標是從1開始的，因此，第乙個目標對應的距離為
圖中乙個脈衝第乙個是速度50，功率是1，但是第乙個脈衝有一部分功率損失在閉鎖期了，故幅度較小；第二個目標被對消，因為第二個目標的速度為零，而其它目標的相減結果不為零，這是因為運動目標回波訊號是以普勒頻率為頻率的余弦訊號，因此相同功率下速度大的目標在mti處理後的結果幅度較大。第三個是速度120，功率是0.25；第四個是學號產生的速度213，功率是1。
因此，第四個脈衝的幅度最大，其次是第三個脈衝，其次是第一脈衝。
5.1.3 mtd結果及其分析
x軸代表都卜勒通道，y軸代表距離單元，z軸代表做mtd後的幅度資訊。
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