LFM信号产生与匹配滤波仿真系统

资 源 简 介

本项目旨在通过MATLAB平台实现线性调频（LFM）信号的全流程仿真与性能评估。首先，系统能够根据预设的带宽、脉宽和采样率等参数生成高精度的LFM脉冲信号，并对其时域特征（如实部、虚部、相位和瞬时频率）进行可视化展示。其次，项目包含深度频域分析功能，通过快速傅里叶变换揭示LFM信号特有的矩形谱特征及菲涅耳纹波现象。为了评估雷达波形的测距与测速能力，系统专门开发了模糊函数计算模块，支持生成高密度的三维模糊图和二维等高线图，从而直观分析其距离分辨率、速度分辨率和时频耦合特性。此外，项目实现了匹配滤波（脉冲压缩

详 情 说 明

基于MATLAB的LFM信号产生、性能分析及匹配滤波仿真系统

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项目介绍

本项目是一个专门用于线性调频（LFM）信号仿真研究的MATLAB系统。LFM信号作为雷达系统中最为常用的脉冲压缩信号，其特性分析对于雷达探测、目标识别及抗干扰研究具有重要意义。本系统实现了从信号产生、频域特性表征、模糊函数分析到匹配滤波处理的全流程模拟。通过可视化手段，深入揭示了LFM信号的时间-频率耦合特性、脉冲压缩原理以及窗口加权对旁瓣抑制的效果。

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功能特性

1. 高精度信号合成：能够生成标准的复包络线性调频信号，支持自主配置带宽、脉宽、采样率及中心频率。
2. 多维特性可视化：直观展示信号的实部、虚部波形，以及瞬时频率随时间变化的线性演变过程。
3. 精细化频谱分析：利用功率谱估计展示LFM信号特有的矩形频谱及其边缘处的菲涅耳纹波现象。
4. 模糊函数建模：通过数值计算生成三维模糊图及等高线图，定量分析信号的距离分辨率和速度分辨率及其互耦效应。
5. 脉冲压缩与匹配滤波：仿真回波信号接收过程，包括目标时延模拟、多普勒频移叠加以及高斯白噪声干扰。
6. 旁瓣抑制对比：对比分析矩形窗与Hamming窗在匹配滤波中的表现，量化评估峰值旁瓣比（PSL）和主瓣宽度的权衡。
7. 鲁棒性测试：专门针对多普勒频移环境进行匹配滤波输出的稳定性测试。

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系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本。
• 工具箱需求：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
• 硬件建议：具备基本图形渲染能力的办公级及以上PC。

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实现逻辑与功能细节

系统采用模块化结构编写，核心执行逻辑如下：

1. 参数初始化与时域建模 系统首先定义调频斜率（$K=B/T$），并基于复指数函数构建LFM信号的复包络。通过计算相位的一阶导数，生成瞬时频率分布曲线，为后续分析打下基础。

2. 频域分析核心 利用快速傅里叶变换（FFT）计算信号频谱。考虑到LFM信号的窄带特性，系统采用了补零策略提高频率解析度，清晰呈现其典型的近似矩形功率谱密度（PSD）。

3. 模糊函数数值计算 模糊函数反映了信号在时延（距离）和多普勒（速度）两个维度的分辨性能。系统通过双重循环计算不同时延和频移下的相关值，输出三维视图和二维切面图，揭示了LFM信号由于时间-频率耦合而形成的斜切式等高线特征。

4. 动态回波仿真与匹配滤波 模拟真实雷达场景，系统在生成的原始脉冲中加入指定的目标时延和多普勒频率。匹配滤波器通过将参考信号进行共轭、时间反转处理后，与带噪回波进行卷积运算。系统同时实现了未加窗的匹配滤波和Hamming窗加权的匹配滤波，以评估加窗对信噪比损失（SNR Loss）及旁瓣抑制的影响。

5. 自动化性能评估 系统具备自动性能计算模块，能够实时提取并输出以下关键指标：

• 峰值旁瓣比 (PSL)：评估主瓣与第一旁瓣的电平差。
• 3dB 主瓣宽度：衡量脉冲压缩后的实际分辨率。
• 时延估计精度：对比匹配滤波峰值位置与预设目标位置的偏差。
• 多普勒稳健性：模拟不同频移状态下的峰值衰减状况。

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关键算法说明

• 脉冲压缩算法：基于卷积原理的匹配滤波。通过“时间反转+共轭”构建匹配函数，实现最大化输出信噪比。
• 加权抑制技术：引入Hamming窗函数，通过减小边缘能量降低频谱波动，从而在脉压输出端将旁瓣电平压低，主要用于解决弱小目标淹没在强目标旁瓣中的问题。
• 数值模糊函数计算：采用离散点阵累加方式，模拟连续积分过程，计算复相关包络。

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使用方法

1. 启动MATLAB，将工作目录切换至项目所在文件夹。
2. 在命令行窗口输入主程序函数名并回车。
3. 系统将自动弹出四组可视化图形窗口：

* 图1：时频域特性图（波形、瞬时频率、频谱、功率谱）。 * 图2：模糊函数全景分析（3D图、等高线图、距离/多普勒切面）。 * 图3：脉冲压缩结果图（不同窗口对比、局部放大细节）。 * 图4：多普勒鲁棒性曲线。

1. 查看MATLAB命令行输出的“LFM脉冲压缩系统性能分析表”，获取精确的定量评估数据。