基于MATLAB GUI的雷达信号仿真与分析平台

资 源 简 介

本项目是一个集成化、交互式的雷达系统仿真工具，旨在为学习者和工程师提供一个研究雷达信号处理流程的直观平台。程序通过MATLAB的图形用户界面开发环境构建，实现了从信号发射、空间传输、目标反射到后端信号处理的全流程模拟。

详 情 说 明

基于MATLAB GUI的雷达信号仿真及综合分析平台

项目介绍

本项目是一个基于项目需求开发的集成化、交互式雷达系统仿真工具。它为雷达信号处理流程提供了一个直观的研究平台，通过图形用户界面（GUI）实现了从发射信号产生、空间传输模拟、目标回波反射到后端信号处理全流程的建模与仿真。平台涵盖了现代雷达系统中的核心算法，包括线性调频（LFM）脉冲压缩、动目标显示（MTI）、动目标检测（MTD）以及恒虚警检测（CFAR）。

功能特性

1. 交互式参数配置：支持脉冲宽度、带宽、采样率、载频、脉冲重复频率（PRF）、多目标距离/速度以及系统信噪比（SNR）的实时设置。
2. 信号可视化分析：提供发射信号时域波形、归一化频谱、脉冲压缩结果、距离-多普勒热力图以及检测门限的动态绘图。
3. 完整的信号处理链：集成了匹配滤波、相 coherent 积累、杂波抑制及目标自动化提取功能。
4. 实时统计反馈：自动计算并展示时宽带宽积、系统处理增益（脉压增益与MTD增益）、距离/速度分辨率及最大不模糊距离。

核心实现逻辑与算法说明

1. 发射信号建模

系统采用线性调频（LFM）信号作为发射波形。根据用户输入的脉冲宽度和带宽，计算调频斜率。

• 算法：$s(t) = exp(j pi K t^2)$，其中 $K$ 为调频斜率。
• 绘图展示：实时显示发射信号的实部时域波形及其归一化功率谱。

2. 多脉冲回波模拟

基于快时间-慢时间（Fast-Time Slow-Time）二维矩阵构建回波模型。

• 脉冲积累：模拟了64个脉冲的连续探测过程。
• 目标模型：支持多个点目标。每个目标的距离和速度独立可调。
• 运动特性：在慢时间维度上，根据目标速度实时更新目标距离，并计算由往返延迟产生的相位偏置以及多普勒频率偏移。
• 噪声注入：根据设定的信噪比加入复高斯白噪声。

3. 脉冲压缩处理

在快时间维度上通过匹配滤波器提高距离分辨率。

• 实现方式：采用频域处理方法，将回波信号与发射信号的共轭翻转形式进行频域相乘，再通过逆傅里叶变换返回时域。
• 性能指标：实现时宽带宽积级别的处理增益。

4. 动目标显示 (MTI)

为了抑制静止杂波并突出运动目标，系统内置了三脉冲取消器。

• 逻辑：通过相邻三个脉冲的加权相消（$x[n] - 2x[n-1] + x[n-2]$），实现对零多普勒分量的有效压制。

5. 动目标检测 (MTD)

利用相干积累原理，在慢时间维度进行处理，提取速度信息。

• 算法：对脉冲压缩后的矩阵在慢时间（脉冲）维度执行快速傅里叶变换（FFT），并将结果进行频移（fftshift）以匹配物理速度分布。
• 可视化：生成距离-多普勒二维热力图，直观展示目标所在的距离单元和运动速度。

6. 恒虚警检测 (CFAR)

在完成距离-多普勒处理后，系统执行自动化目标检测。

• 算法：采用一维单元平均恒虚警检测（CA-CFAR）。
• 逻辑：选取回波强度最大的速度通道，通过滑动窗口计算目标单元左右两侧训练单元的平均功率来估计背景噪声水平。
• 门限设定：根据用户预设的虚警概率自动计算门限因子，判定目标是否存在。

关键函数与实现细节

• 界面构建：使用 MATLAB App Designer 体系的组件，采用 uitabgroup 实现多页面切换，优化了数据展示空间。
• 矢量化计算：回波叠加与信号处理过程大量使用矩阵运算，保证了仿真响应速度。
• 坐标动态映射：根据 PRF、载频及采样率，自动换算物理坐标（米、米/秒、兆赫兹），确保可视化结果具有明确的物理意义。

使用方法

1. 启动环境：打开 MATLAB 并定位至项目根目录。
2. 运行程序：在命令行执行主入口函数。
3. 参数调节：在左侧“参数设置”面板修改雷达参数。对于多目标，在距离和速度输入框中使用逗号分隔（如：5000, 8500）。
4. 启动分析：点击“开始仿真分析”按钮。
5. 结果查看：通过右侧的选项卡切换查看发射信号、脉冲压缩、MTD热力图及CFAR检测曲线。
6. 数据统计：查看控制面板下方的文本框，获取当前系统配置下的性能指标分析。

系统要求

• MATLAB R2020b 或更高版本。
• 计算机需具备支持图形显示的基本硬件配置。
• 无需額外的专业工具箱，基于 MATLAB 基础内置函数开发。