【雷达检测】分布式MIMO雷达目标检测若干关键技术研究附Matlab代码和含博士论文

最新推荐文章于 2025-12-03 18:07:44 发布

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#分布式 #目标检测 #matlab

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🔥 内容介绍

一、代码整体功能与结构概览

该代码实现了以下几个核心功能：

参数初始化
：定义了雷达系统、信号波形、目标和几何场景的基本参数。
发射信号生成
：调用 transmitBeam 函数，生成两个不同的发射信号（Tt1, Tt2）。
场景建模
：定义了两个发射站、两个接收站和一个运动目标的位置与速度。
接收信号仿真
：调用 receiveBeam 函数，根据几何场景和目标运动，模拟生成了两个接收天线收到的回波信号（Rt1, Rt2）。
结果可视化
：
- 绘制了两个发射信号的时域波形和频谱图。
- 绘制了雷达与目标的几何位置关系图。
- 绘制了两个接收信号的时域波形和频谱图。

核心思想：通过仿真，可以观察到目标的距离会导致回波信号的时间延迟，目标的径向速度会导致回波信号的多普勒频移。MIMO 雷达通过发射不同的波形并在接收端进行处理，可以获得比传统单天线雷达更多的目标信息（如角度、速度等）。

二、核心参数与代码解析

1. 参数初始化

matlab

M =2;
N =2;

M = 2
：定义了发射天线的数量为 2。
N = 2
：定义了接收天线的数量为 2。
这是一个 2x2 的 MIMO 雷达配置。

matlab

j=sqrt(-1);% 定义虚数单位

matlab

Fc =1e9;% 载波频率 (1 GHz)
B  =70e6;% 信号带宽 (70 MHz)
Tp  =2e-6;% 脉冲宽度 (2 微秒)
Fs =300e7;% 采样频率 (300 MHz)
T =1/Fs;% 采样周期

载波频率 (Fc)
：1GHz 属于微波频段，常用于雷达系统。
信号带宽 (B)
：70MHz 的大带宽是为了实现高距离分辨率。距离分辨率公式为 ρ_r = c / (2B)，其中 c 是光速。代入数值计算，ρ_r ≈ 3e8 / (2*70e6) ≈ 2.14 米，说明该雷达系统理论上能区分开 2.14 米以外的两个目标。
脉冲宽度 (Tp)
：2 微秒的脉冲宽度决定了雷达的最大无模糊距离。最大无模糊距离公式为 R_max = c * Tp / 2。代入数值，R_max ≈ 3e8 * 2e-6 / 2 = 300 米。这意味着超过 300 米的目标回波可能会与下一个脉冲的发射重叠，造成距离模糊。
采样频率 (Fs)
：300MHz 的采样频率远高于信号带宽，满足奈奎斯特采样定理，可以无失真地对信号进行采样。

matlab

n=round(Tp*Fs);% 一个脉冲内的采样点数
u = B/Tp;% 线性调频信号的调频率 (Hz/s)

n
：计算一个脉冲宽度内包含多少个采样点。Tp*Fs = 2e-6 * 3e8 = 600 个点。
u
：这是线性调频（LFM）信号（也称为 Chirp 信号）的关键参数。调频率 u 决定了信号频率随时间变化的速率。从 Fc - B/2 线性变化到 Fc + B/2。

2. 发射端信号生成

matlab

t =(0:n-1)*T;% 生成一个脉冲周期的时间向量
[Tt1,Tt2,f]=transmitBeam(t,Fc,B,Tp);% 调用函数生成发射信号

t
：创建一个从 0 到 Tp 的时间向量，步长为 T。
transmitBeam(t,Fc,B,Tp)
：这是一个自定义函数（代码中未给出其实现），但根据上下文可以推断，它生成了两个正交或区分度良好的 LFM 脉冲信号 Tt1 和 Tt2。在 MIMO 雷达中，为了能在接收端区分不同发射天线的回波，通常会让不同发射天线发射不同的波形（如正交的 LFM 信号、相位编码信号等）。这里最可能的实现是，Tt1 和 Tt2 是中心频率相同但初始相位不同，或者调频斜率相反的 LFM 信号。

3. 场景与目标建模

matlab

% 位置参数 (单位：km)
maxDistance =22;% 场景最大距离
RCS =0.5;% 目标雷达截面积 (m^2)，衡量目标反射雷达波的能力

% 发射站位置
T1.x=0; T1.y=0;
T2.x=0; T2.y=maxDistance;
T =[T1, T2];

% 接收站位置
R1.x =0; R1.y =1;
R2.x =0; R2.y = maxDistance -1;
R =[R1, R2];

% 目标位置与速度
Tar.x = maxDistance/2; Tar.y = maxDistance/2;% 目标初始位置在场景中心
V.x =0.1; V.y =0.1;% 目标速度 (km/s)，即 100 m/s

这段代码定义了一个二维平面场景。所有发射站、接收站和目标都位于 x=0 的直线上（即 Y 轴上），构成了一个 ** bistatic **（双基地）雷达几何。
T1
在 (0,0) km，T2 在 (0,22) km。
R1
在 (0,1) km，R2 在 (0,21) km。
目标 Tar 初始在 (11,11) km，以 100 m/s 的速度向东北方向移动。
RCS
（雷达截面积）是一个关键参数，它决定了回波信号的强度。RCS = 0.5 m^2 大约相当于一辆小型汽车的雷达截面积。

4. 接收端回波生成

matlab

E =[1,1];% 发射信号能量
[Rt1, Rt2]=receiveBeam(t,T,R,Tar,E,V,RCS,Fc,B,Tp);% 调用函数生成接收信号

receiveBeam(...)
：这是另一个核心的自定义函数。它的功能非常复杂，大致包括以下几个步骤：
1. 计算传播延迟
  ：根据发射站、目标、接收站的位置，计算信号从每个发射天线到目标，再反射到每个接收天线的总传播距离 R_total。传播延迟 tau = R_total / c。
2. 计算多普勒频移
  ：由于目标在运动，会产生多普勒效应。多普勒频移 f_d = (2 * V_r) / lambda，其中 V_r 是目标相对于雷达视线（Line of Sight, LOS）的径向速度，lambda = c / Fc 是雷达波长。代码需要计算从每个发射站到目标，再到每个接收站的合成径向速度。
3. 生成回波信号
  ：对于每个发射 - 接收天线对（共 4 对：T1-R1, T1-R2, T2-R1, T2-R2），receiveBeam 函数会将对应的发射信号（Tt1或Tt2）进行时移（以模拟传播延迟）和频移（以模拟多普勒效应）。
4. 幅度衰减
  ：根据雷达方程，回波信号的幅度会随着传播距离的四次方衰减（~ 1/R^4），并与目标的 RCS 成正比。函数会根据计算出的 R_total 和 RCS 对回波信号进行幅度缩放。
5. 信号叠加
  ：最终，每个接收天线（Rt1 和 Rt2）收到的信号是所有照射到目标并反射回来的发射信号的叠加。例如，Rt1 是 Tt1 经目标反射到 R1 的信号和 Tt2 经目标反射到 R1 的信号的叠加。

5. 结果可视化

发射信号的时频域图：
- 时域图展示了 LFM 信号的 “chirp” 特性，即频率随时间线性变化。
- 频谱图应该是一个相对平坦的矩形，这是 LFM 信号的典型特征，其带宽即为 B。
场景几何图：
- 这是一个非常直观的 y-x 平面图（注意坐标轴），清晰地展示了发射站（红色）、接收站（蓝色）和目标（黑色）的初始位置和运动方向。
接收信号的时频域图：
- 时域图中的信号是经过延迟和多普勒频移的 LFM 信号叠加后的结果，波形会比发射信号复杂。
- 频谱图中，由于多普勒频移，回波信号的频谱峰值会相对于发射信号的频谱峰值（Fc）有一个偏移。通过测量这个偏移量，就可以估计目标的径向速度。