信号C 与MATLAB混合编程的测速雷达信号处理软件设计

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C#与MATLAB混合编程的测速雷达

信号处理软件设计

摘要研究复杂运动目标时从回波信号中提取其运动参数具有重要意义而回波信号是一种非平稳信号可采用对信号瞬时频率估计的方法测量目标运动速度。本文基于时频分析方法实现测速雷达回波信号处理软件的设计。 本文研究了多普勒测速原理建立了回波信号的数学模型介绍了时频分析方法基础理论总结了短时傅立叶变换和Wigner-Ville分布的定义及性质 利用这两种方法完成对信号瞬时频率的估计通过仿真实验验证了时频分析方法的有效性和可行性。

在对雷达回波信号进行时频分析的基础上 利用MATLAB生成D LL格式的共享库 由Visual C#进行调用的混合编程思想设计了一款对测速雷达回波信号进行简洁高效处理的软件完成了对目标运动参数的提取。 8199

关键词多普勒频率短时傅立叶变换Wigner-Ville变换混合编程

TitleDoppler Radar Signal Processing SoftwareDesignBased On Mixed Programming of MATLAB andC#

Ab s tract

Movement parameters extraction from the echo signal isvery important for the study ofmoving target.And target velocity can be obtained byestimating the instantaneousfrequency of echo signal which is non-stationary.Thispaper realized the design of the

Doppler radar echo signal processing software based onthe time-frequency analysis.

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This paper studiedtheDoppleridentification theory,establishedthe mathematicalmodel of the echo signal, then introducedthe method oftime-frequency analysistheory, summarizedthe short time Fourier transform andWigner-Ville distribution ofthe definition and properties, andusedthe two methodsof signal to complete theinstantaneous frequency estimation,thesimulation resultsverify the feasibility and

3.6.1短时傅立叶变换16

3.6.2WVD变换. 17

4测速雷达信号处理软件设计18

4.1软件整体说明18

4.2MAT LAB与C#混合编程设计19

4.2.1方法介绍19

4.2.2本文所采用的设计方案及设计过程.20

4.3软件各部分功能设计及说明.23

4.3.1雷达信号的输入与结果输出.23

4.3.2信号处理23

4.4程序验证与执行24

结论.25

致谢.26

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参考文献27

附录29

1.绪论

1.1研究背景与意义

雷达要探测的目标通常是运动的物体如空中的飞机、导弹海上的舰艇地面

的车辆等。在某些场合中 雷达不仅要显示这些运动目标 而且还要准确地测定其运

动速度如导弹制导靶场测量车辆监视等。

要测定运动目标的速度可以采用测量单位时间内的距离变化量 用时间平均的

办法测定某一时间内的平均速度。这种方法需要较长时间 而且不能测定目标的瞬时

速度其测量的准确度也差 只能用作粗测。 另一种方法是测量运动目标的多普勒频

率。 由于目标的径向速度和回波的多普勒频率偏移成正比 因此只要准确地测出其多

普勒频率偏移的正负就可以确定目标的径向运动速度和方向。

在某些实际应用中 需要准确的知道运动目标的速度变化规律例如在火

炮的研究中 内弹道参数测量是非常重要的。根据多普勒频移的计算公式 只要

知道了弹丸运动过程中的多普勒频移变化规律 即可计算出其运动规律。

本文通过设计合适的计算机信号处理软件能够高

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效快捷且直观的研究运动

的迫击炮、榴弹、 火箭炮和加榴炮并可对己方的火炮射击进行校射其性能己与美

国的TPQ-36迫击炮定位雷达相当有些方面甚至超过了它[2]

 另一种是MVR-IA火炮

初速测定雷达该雷达是一种X波段连续波反射式多普勒测速雷达主要用于精确测

定各种火炮弹丸的初速值修正初速偏差量提高射击命中精度也可用于火炮弹药

的存储变化检查以及兵器研制生产中的产品检验及弹道研究[3] 。

每一代测速雷达的发展都是伴随着新的设备以及数据处理技术的出现 因此 不

断将新技术引入测速雷达领域是其发展的根本。 与国外测速雷达领域发展相比我国

测速雷达的发展紧跟国际先进技术的脚步在测速雷达发展与应用上已经取得很大的

突破和成就。

1.2.2时频分析理论发展史

时频分析方法着眼于非平稳信号的时变特征将一维的信号序列扩展到二维

的时频(或时间-变换参数)平面上进行观察从而得到信号统计量随时间的变化特征[4]

。这一工作始于20世纪40年代D.Gabor(1970年由于在全息摄影技术方面

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的贡献获得诺贝尔物理学奖)最早提出了使用时间和频率两个变量联合对信号进

行描述他的思想为此后在时间和频率联合域内进行分析奠定了基础[5] 。

随后在1947年 R.K.Potter和Koening等人提出了短时傅立叶变换(STFT,

Short Time Fourier Transform) 其基本思想是利用一个窗函数在信号的时间轴上进

行滑动并假定信号在窗口内是平稳的。然后计算出信号在各个窗口内的傅立叶

变换值从而得到信号在不同时刻的频谱取其模的平方 得到信号的功率谱[6] 。

1932年物理学家E.P.Wigner(1963年因在对称性理论做出的重大成就而获