LFM多脉冲雷达回波仿真系统

资 源 简 介

本仿真项目旨在实现一个完整的多脉冲线性调频（LFM）信号雷达回波生成与处理框架。系统核心功能是模拟雷达发射机产生的脉冲压缩波形在复杂电磁环境下的传播与转换过程。具体实现方法包括建立基于时间的线性调频基带模型，并根据雷达工作参数设置脉冲重复间隔、带宽和脉冲宽度。为了精确模拟动态目标，系统计算了10个连续脉冲序列在往返路径上的空间延时，并实时更新由于目标径向速度产生的多普勒相移信息。在信号处理阶段，该项目集成了数字匹配滤波算法，通过快速卷积运算实现距离维的脉冲压缩，从而展现其相比普通脉冲信号在距离分辨率和检测

详 情 说 明

线性调频信号 (LFM) 多脉冲雷达回波仿真系统

项目介绍

本仿真项目提供了一个完整的多脉冲线性调频（LFM）波形雷达回波生成与处理框架。通过建立高精度的数学模型，系统模拟了雷达发射机产生的脉冲压缩信号在空间传播、目标反射以及接收机处理的全过程。该项目重点展示了LFM信号在距离分辨率上的优势，并通过跨脉冲的相干积累技术实现了对运动目标速度与距离的联合估计。

功能特性

1. 标准LFM波形建模：实现基带线性调频信号的生成，支持自定义带宽、脉冲宽度和采样频率。
2. 动态目标回波仿真：考虑目标的初始距离与径向运动速度，模拟由于往返时延引起的时域偏移和由于相位变化引起的多普勒效应。
3. 脉冲压缩处理：利用频域匹配滤波算法（Matched Filtering）实现窄脉冲提取，大幅提升信号的检测灵敏度。
4. 动目标检测 (MTD)：通过脉冲间的FFT处理实现相干积累，有效分离距离与速度维度的信息。
5. 信噪比可控：支持在回波信号中注入高斯白噪声，用以评估不同信噪比环境下的算法稳健性。
6. 多维度可视化：提供发射信号时频特性、多脉冲原始回波、距离响应曲线、距离-多普勒图以及相干/非相干积累性能对比等多重图表。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB (建议 R2016b 及以上版本)
2. 硬件要求：标准PC终端，内存 4GB 以上

实现逻辑分析

仿真流程严格遵循雷达信号处理的标准时序，具体逻辑如下：

1. 参数Initialization与衍生值计算

系统首先配置载频（10GHz）、带宽（30MHz）、脉宽（10us）等射频参数。根据这些基本参数计算调频斜率 K、脉冲重复间隔 PRI 以及采样间隔。同时根据目标初始距离（5000m）和速度（150m/s）预设计算模型。

1. 发射信号合成

程序根据复指数函数公式 $exp(j * pi * K * t^2)$ 生成 LFM 基带信号。该信号具有典型的宽带特性，通过 FFT 变换可以观察到其在频域呈现准矩形分布。

1. 多脉冲回波序列仿真

核心逻辑通过循环构建 $N$ 个脉冲（默认为10个）的回波矩阵。在每一个脉冲周期内：

• 实时更新目标距离 $R_m$。
• 计算往返时延 $tau_m$ 并在采样点维度进行起始位置偏移。
• 引入相位偏移项 $exp(-j * 4 * pi * R_m / lambda)$，这其中包含了由于目标移动产生的多普勒相位信息。

1. 接收端噪声注入

根据预设的 SNR（20dB）计算信号平均功率，并生成相应能量的复高斯白噪声，加权叠加至回波矩阵中。

1. 频域匹配滤波 (Pulse Compression)

为了提高计算效率，模拟系统在频域执行卷积。将回波信号与发射信号的共轭频谱相乘，再进行逆傅里叶变换（IFFT）。此过程将能量散布的宽脉冲压缩为极窄的辛格（Sinc）形状脉冲，提升距离分辨力。

1. 相干积累处理 (MTD)

对脉冲压缩后的二维矩阵沿“慢时间”轴（脉冲维度）进行 FFT 运算。这一步将目标的回波能量在特定的多普勒频率（对应特定速度）处进行相干叠加。

1. 性能评估与对比

系统对比了相干积累（MTD峰值）与非相干积累（直接模值求和）的信噪比增益，直观展示多脉冲处理对微弱信号提取的重要性。

关键算法与算法细节

1. LFM 敏感性建模

代码中利用 $R_m = R_0 - v * (m-1) * PRI$ 精确刻画了目标在脉冲序列间的位移，确保了多普勒相位在不同 PRI 之间的相干性。

1. 匹配滤波器设计

采用 $H(f) = conj(FFT(s_t))$ 方式构建滤波器。通过在频域进行的点乘运算，代替了时域耗时的长序列卷积，且通过补零对齐（nextpow2）避免了周期性卷积带来的混叠误差。

1. 距离与速度映射

• 距离映射：利用 $Range = (0:L-1) * Ts * c / 2$ 将采样点索引转换为实际物理距离。
• 速度映射：利用 $Velocity = Doppler * lambda / 2$ 将脉冲维度的频率偏移转换为目标的径向运动速度。

1. 回波相位补偿机制

在生成回波时，并非简单移动脉冲位置，而是通过复数相位项 $exp(-1i * 4 * pi * R_m / lambda)$ 完整保留了载波相位信息，这是后续进行相干积累和动目标检测的基础。

使用方法

1. 打开 MATLAB 软件。
2. 将仿真主程序文件置于当前工作路径。
3. 直接运行脚本，系统将自动开始仿真。
4. 运行结束后，程序会依次弹出三张结果图表：

• 图一展示发射信号的波形与频谱。
• 图二展示原始回波的 2D 幅度热力图与首个脉冲的压缩结果。
• 图三展示相干积累后的 3D 距离-多普勒视图。
• 图四展示速度切片下的距离响应及相干/非相干增益对比。