基于Simulink的脉冲多普勒雷达全链路仿真系统

资 源 简 介

本项目在Simulink环境下搭建了一个端到端的脉冲多普勒雷达系统模型，涵盖了从波形设计到终端检测的完整链路。系统实现了线性调频脉冲（LFM）信号的生成与发射，通过模拟自由空间损失、大气吸收及复杂目标雷达散射截面积（RCS）的波动，真实还原了回波信号。在接收机处理路径中，模型重点展示了匹配滤波器的性能，利用脉冲压缩技术显著提升了系统的距离分辨率。为了应对实际环境中的杂波干扰，系统集成了动目标显示（MTI）和动目标检测（MTD）处理环节，通过多脉冲相干积累有效提取目标的多普勒频率信息。此外，模型内置了恒虚警

详 情 说 明

基于Simulink与MATLAB的多功能脉冲多普勒雷达全链路仿真系统

项目介绍

本项目提供了一个端到端的脉冲多普勒（PD）雷达全链路仿真环境。系统涵盖了从波形设计、目标回波模拟到接收机信号处理的全过程。通过该模型，用户可以直观地观察雷达信号在空间传输及接收机各处理环节前后的变化。该仿真不仅准确还原了线性调频信号（LFM）的特性，还深入模拟了动目标引起的距离变化与多普勒频移，并通过动目标显示（MTI）、动目标检测（MTD）及恒虚警率（CFAR）等核心算法实现了对目标的精确提取与参数估计。

功能特性

1. 全链路仿真流程：实现了从发射波形产生、信道传输、回波接收、数字信号处理到目标检测的闭环仿真。
2. 线性调频（LFM）脉冲压缩：支持时域加窗（Hamming窗）处理，有效抑制脉冲压缩后的旁瓣干扰，提升距离分辨率及探测动态范围。
3. 动目标运动特性模拟：模型考虑了相干处理间隔（CPI）内目标随时间的位移，准确模拟了多普勒频移和距离门走动效应。
4. 两级杂波处理：集成三脉冲取消器（MTI）滤除静止及低速干扰，结合多脉冲相干积累（MTD）提取多普勒通道信息。
5. 稳健的探测机制：采用单元平均恒虚警（CA-CFAR）算法，动态调整检测门限，以适应复杂的噪声背景。
6. 多维度结果可视化：提供时域信号、距离维功率谱、二维距离-多普勒热力图以及CFAR检测结果的综合展示。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2022a 或更高版本。
2. 必备工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
3. 硬件建议：标准桌面或便携式计算机，具备执行矩阵运算所需的内存空间。

仿真功能详解

1. 参数初始化与网格配置

仿真起始阶段定义了雷达的核心系统参数，包括10GHz的载波频率（X波段）、30MHz的设计带宽以及10微秒的脉宽。系统通过预设的脉冲重复频率（5kHz）和采样率（60MHz）构建了完整的时间频率坐标系。目标被初始化为特定距离（3500m）和径向速度（120m/s）。

2. LFM发射波形设计

系统生成标准的复包络线性调频脉冲。通过计算调频斜率，利用二次相位函数构造信号。发射信号被配置为后续匹配滤波的参考模板，确保系统具备最佳的距离探测性能。

3. 多脉冲回波矩阵建模

模型构建了一个包含64个相干脉冲的回波矩阵。针对每个脉冲周期，系统实时更新目标当前的往返时延迟和多普勒相移。回波生成逻辑中包含了一个逻辑掩码，用于精确控制脉冲在采样时间窗口内的位置。在回波中叠加了高斯白噪声，以模拟特定信噪比条件下的接收环境。

4. 距离向匹配滤波（脉冲压缩）

在接收端，系统对每个接收脉冲执行频域匹配滤波。为了减小距离向的副瓣电平，参考信号在变换前应用了汉明窗（Hamming Window）。通过FFT与IFFT的配合，将宽脉冲压缩为窄脉冲，极大地提高了对目标的定位精度。

5. 动目标显示（MTI）处理

为了清除静止背景或慢速杂波，系统采用了三脉冲延时取消器逻辑。通过对相邻三个重复周期的距离门信号执行加权相减（系数为[1, -2, 1]），实现高通滤波效果，能够显著增强运动目标对静止背景的对比度。

6. 相干积累与动目标检测（MTD）

系统在慢时间维（脉冲维）进行快速傅里叶变换。这一步骤将多脉冲信号转换到多普勒频率域，使不同速度的目标在多普勒通道上分离。通过对特定距离门内多个脉冲的相干能量积累，大幅提升了系统的输出信噪比。

7. 一维CA-CFAR检测

模型在选定的最优多普勒通道上实施单元平均CFAR算法。处理逻辑包括：

• 设置保护单元防止目标能量泄露干扰背景估计。
• 设置训练单元用于实时计算背景噪声功率。
• 根据设定的虚警概率（1e-5）计算比例因子alpha。
• 动态滑动计算局部功率均值并设定门限，判定信号峰值是否为有效目标。

关键算法实现细节

1. 调频斜率计算：利用带宽与脉宽的比值决定信号的频率变化速率，直接影响距离分辨率。
2. 目标偏移补偿：在循环中通过 (m-1)*PRI 计算每个脉冲的瞬时位移，这使得仿真模型能够处理高动态目标。
3. 二维FFT shift：在MTD处理中，通过平移零频分量到频谱中心，直观地展示了正负多普勒频率（即靠近和远离雷达的速度）。
4. 门限增益因子公式：基于雷达统计检测理论，采用 alpha = N * (Pfa^(-1/N) - 1) 的解析式，确保证在特定训练单元数量下的恒定虚警性能。
5. 参数估计逻辑：系统利用检测后的最大幅值索引，逆向通过采样间隔和多普勒分辨率，自动反算出目标的估计距离与估计速度。

使用方法

1. 启动MATLAB环境。
2. 打开仿真主程序脚本。
3. 运行该脚本，系统将依次执行信号生成、回波模拟及后续所有处理流程。
4. 运行结束后，系统将自动弹出仿真结果图窗，并在命令行窗口输出真实参数与估计参数的对比结论。