高斯噪声与射频干扰仿真生成系统

资 源 简 介

本项目通过MATLAB编程环境深入实现了高性能的高斯白噪声（AWGN）产生算法以及复杂的射频（RF）噪声干扰模拟功能。 主要功能模块包括基于统计学原理的高斯分布序列生成，能够精确控制噪声的均值、方差及功率谱密度，用于模拟通信系统中的热噪声背景。 针对含有射频干扰的代码实现，系统通过数字上变频技术将基带干扰信号调制到特定的载波频率上，模拟真实电磁环境中的同频干扰、邻频干扰以及宽带射频阻塞信号。 程序支持用户自定义干扰信号的带宽、中心频率、脉冲占空比等关键参数，并能将生成的射频干扰与背景高斯噪声、有用信号进行

详 情 说 明

高斯噪声叠加与射频干扰仿真生成系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的综合性电磁环境仿真平台。系统通过严谨的数学建模和数字信号处理技术，能够生成高质量的高斯白噪声（AWGN）以及具备复杂时间与频率特征的射频干扰（RFI）信号。该系统旨在为通信系统抗干扰测试、雷达信号处理算法验证以及电子战环境模拟提供高保真度的底层数据支撑。

功能特性

1. 纯净加性高斯白噪声生成：基于Box-Muller变换算法生成标准正态分布序列，支持用户精确定义噪声的均值、方差及均方根功率。
2. 定制化射频干扰模拟：模拟真实射频环境中的窄带或宽带干扰，具备基带随机信号生成、数字上变频（DUC）以及脉冲特征调制功能。
3. 脉冲占空比可控技术：引入周期性脉冲控制逻辑，可模拟非连续出现的间歇性射频干扰，支持占空比与脉冲周期的动态调整。
4. 多维度信号合成与叠加：在仿真环境中将有用信号（载波信号）、背景热噪声以及射频干扰进行叠加，构建复杂的综合电磁场景。
5. 实时可视化统计分析：内置多种分析工具，提供时域波形展现、概率密度函数（PDF）验证、功率谱密度（PSD）分析以及动态时频分析图（Spectrogram）。

系统实现逻辑

系统启动后，首先初始化仿真参数，设定采样率为10MHz，生成20ms的时间基准。整个仿真过程分为四个阶段：

1. 噪声序列生成阶段：不直接调用随机数库，而是通过物理学常用的Box-Muller变换，将均匀分布的伪随机数转化为严格遵循高斯分布的序列，确保噪声具有统计学上的准确性。
2. 射频干扰合成阶段：首先通过FIR低通滤波器对原始噪声进行塑形，生成特定带宽的基带干扰信号。随后，利用数字上变频技术将其调制到2.5MHz载波频率。最后，应用模运算逻辑生成的脉冲序列对载波进行幅度调制，实现占空比为60%的脉冲干扰。
3. 合成阶段：生成1MHz的正弦有用信号，并将上述生成的噪声与干扰信号依权重叠加，形成最终的复合采样信号。
4. 分析演示阶段：调用自定义的分析函数，将结果以多图表形式展示。其中包括将生成的噪声分布与理论高斯曲线进行对比，验证统计分布的拟合度；同时通过FFT计算信号在频域的能量分布。

关键函数与算法细节

1. Box-Muller 变换算法：

系统在非辅助模式下实现高斯白噪声生成。通过对两个独立的均匀分布随机数进行对数和三角函数变换，产生两个正态分布的分量（代码中使用了余弦量），随后根据设定的均值与标准差进行线性平移与缩放，保证了噪声的噪声底（Floor）能量可控。

1. 射频干扰调制与滤波：

为了模拟真实的物理带宽受限干扰，系统采用了100阶的FIR低通滤波技术。通过归一化频率参数控制干扰信号的展宽，随后与余弦载波相乘实现频谱搬移。脉冲特性的实现是基于时间维度的逻辑门控，利用时间向量对周期的取模结果来控制信号在特定时间窗内的通断。

1. 功率谱密度（PSD）估算：

采用周期图法（Periodogram）进行频谱能量分布计算。通过快速傅里叶变换（FFT）将信号从时域转为频域，并对结果进行能量归一化处理。为了弥补FFT由于对称性导致的单边频率损失，系统增加了对双边谱能量的补偿计算过程。

1. 自定义短时傅里叶变换（STFT）：

为了展示干扰信号随时间的变化规律，系统实现了简化的时频分析算法。该算法结合自定义的汉明窗（Hamming Window）对信号进行分段加窗处理，通过重叠采样（Overlap）技术提高时间分辨率，最终生成三维时频强度图，可以清晰观察到射频干扰在特定频率上的脉冲跳变。

1. 概率密度统计函数：

系统封装了自定义的直方图统计逻辑，通过对采样数据落入特定区间频率的累加运算，重写了分布统计过程。此功能用于验证仿真生成的信号是否在统计学特征上与理论高斯分布对齐。

使用方法

1. 启动MATLAB软件，并将当前路径设置为代码所在目录。
2. 在命令行窗口输入执行指令运行主程序。
3. 程序运行后将自动弹出名为“高斯噪声与射频干扰仿真系统”的可视化仪表盘界面。
4. 用户可根据界面显示的六个子图，分别观察高斯噪声的时域波动、射频干扰的脉冲特性、噪声的统计分布拟合度、合成信号的频率分布以及信号在时空坐标下的实时演变过程。

系统要求

1. 环境版本：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 所需工具箱：需要安装 Signal Processing Toolbox（用于FIR滤波器系数计算）。
3. 硬件建议：建议显卡支持OpenGL硬件加速，以便在渲染时频分析图的三维曲面时获得更流畅的体验。