线性调频LFM脉冲压缩雷达仿真系统

资 源 简 介

线性调频脉冲压缩是现代雷达系统的核心技术之一，旨在解决雷达探测中作用距离与距离分辨率之间的矛盾。该项目通过MATLAB平台实现LFM信号的产生、匹配滤波处理及性能分析。 其核心原理是利用LFM信号具有较大的带宽-时宽乘积，在发射端发送较宽的脉冲以积累足够的能量从而提高探测距离，在接收端通过匹配滤波器对接收信号进行处理，将宽脉冲压缩成窄脉冲，从而在保持能量的同时获得极高的距离分辨率。 项目仿真了LFM信号的时域波形、频谱特性以及经过匹配滤波后的压缩波形。仿真过程包含了对加窗技术（如Hamming窗）的应用，

详 情 说 明

基于MATLAB的线性调频(LFM)脉冲压缩雷达仿真系统

项目介绍

本项目是一个用于演示和分析线性调频（LFM）脉冲压缩技术的仿真系统。线性调频技术是现代雷达中的关键技术，它通过发射大时宽带宽积的信号来解决探测距离（能量积累）与距离分辨率（脉冲宽度）之间的矛盾。本仿真系统完整模拟了从信号产生、回波构建、噪声注入到匹配滤波处理及性能评估的全过程，为研究雷达信号处理提供了直观的实验平台。

功能特性

• LFM信号合成：生成复基带线性调频信号，支持自定义脉冲宽度、调频带宽和采样频率。
• 回波建模：模拟目标在特定距离产生的时延回波，并包含高斯白噪声（AWGN）环境模拟。
• 频域匹配滤波：利用快速傅里叶变换（FFT）实现的匹配滤波器，高效完成脉冲压缩处理。
• 旁瓣抑制：内置Hamming加窗处理功能，用于降低脉冲压缩后的旁瓣电平，优化多目标分辨能力。
• 性能自动量化：自动计算并输出3dB主瓣宽度、压缩比、峰值旁瓣比（PSLR）以及实测目标位置。
• 多维度可视化：提供时域波形、信号频谱、压缩前后对比及dB量级细节展示的综合图表。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 必备工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱，用于awgn和findpeaks等函数）。

实现逻辑与功能细节

程序通过以下五个逻辑模块实现仿真流程：

1. 参数初始化配置

系统预设了典型的雷达参数：脉冲宽度为10us，带宽为30MHz，采样率为100MHz。根据目标距离（4500米）计算双程时延。该部分确定的调频斜率（K = B/T）决定了信号的频率变化特性。

1. 发射与接收信号产生

- 发射信号：采用复指数形式构建复基带信号，其相位随时间呈二次方变化。 - 回波构建：创建一个两倍脉宽长度的观察窗口，将发射信号放置在由目标距离计算出的索引位置。 - 噪声注入：通过awgn函数根据设定的信噪比（SNR=20dB）添加混合噪声，模拟真实电磁环境。

1. 频域匹配滤波处理

- FFT变换：为提高运算效率并避免圆周卷积失真，程序选取了2的幂次作为FFT点数。 - 匹配滤波器设计：通过对发射信号取共轭构建匹配滤波器的频率响应。 - 对比实验：同步实现了一组“未加窗参考信号”与“加Hamming窗参考信号”的对比路径，通过频域乘积后还原回时域的方式获取压缩结果。

1. 关键性能指标计算

- 归一化处理：将压缩后的信号进行归一化，以便在0dB尺度下观察旁瓣。 - PSLR计算：利用峰值检测算法定位主瓣与第一旁瓣，计算其功率比值。 - 3dB带宽评估：通过寻找波形下降3dB（1/√2幅度）的跨度，测量压缩后的最小脉冲宽度。 - 测距验证：根据压缩脉冲最强点出现的时间点，反推目标距离，验证系统的测距准确性。

1. 可视化输出

程序生成由四个子图构成的画布： - 左上展示信号的实部与虚部走势。 - 右上展示LFM信号特有的近似矩形频谱。 - 左下对比压缩前被噪声污染的回波与压缩后清晰定义的峰值。 - 右下以对数坐标刻度展示加窗技术对旁瓣的显著抑制效果。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将该仿真代码保存为脚本文件。
3. 直接运行脚本，程序将自动在命令行窗口打印性能指标，并弹出仿真结果图表。
4. 用户可根据需要修改代码顶部的T、B、Fs、R_dist等参数，研究不同波形参数对雷达分辨率和信噪比增益的影响。

性能指标说明

• 时宽带宽积 (BT)：反映了系统的理论脉冲压缩增益。
• 3dB脉宽：决定了雷达区分两个相邻目标的能力，理论值约为1/B。
• 峰值旁瓣比 (PSLR)：体现了抑制干扰的能力，加Hamming窗后PSLR会显著改善，但会带来主瓣加宽的代价。