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脉冲多普勒雷达信号仿真及处理系统
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资 源 简 介
详 情 说 明
脉冲多普勒雷达信号仿真及信号处理系统
项目介绍
本项目构建了一个完整的脉冲多普勒（PD）雷达信号仿真与处理闭环系统。系统涵盖了从时域回波建模、环境噪声注入到后端信号处理模块的全流程，旨在研究并实现运动目标在复杂背景下的检测。通过对雷达收发信号进行相位相参建模，结合动目标显示（MTI）、脉冲多普勒处理（MTD）以及有序统计恒虚警（OS-CFAR）算法，系统能够从含噪信号中提取目标的距离与速度信息，并根据预设虚警概率精确评估检测性能。
功能特性
- 相位相参信号仿真：严格按照脉冲重复间隔（PRI）模拟目标运动引起的距离变化，生成具备相位相参特性的复包络回波。
- 动目标显示（MTI）：通过三脉冲对消技术抑制静止地物杂波，提升运动目标的回波质量。
- 多普勒处理（MTD）：利用二维数据块的慢时间维FFT，实现距离-多普勒联合处理。
- 自适应目标检测：集成有序统计恒虚警（OS-CFAR）处理，在功率域进行滑动窗口检测。
- 虚警概率解析建模：根据 OS-CFAR 理论公式，基于排序秩值和品质因子在线计算虚警概率。
- 多维度可视化：提供原始信号、MTI 对消效果、Range-Doppler 谱图、检测门限对比以及目标定位结果的完整图表输出。
系统要求
- 运行环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
- 核心依赖：MATLAB 基础数学工具箱（用于 FFT、Filter、Gamma 函数及 nchoosek 等计算）。
实现逻辑与阶段说明
系统按照雷达信号处理的经典流水线进行串联：
1. 参数配置阶段 系统首先定义雷达的工作参数（脉频 1GHz、带宽脉宽等）、目标运动状态（距离 5000m、速度 150m/s）以及处理参数（64个累积脉冲）。在此阶段确立参考单元、保护单元和 OS-CFAR 的排序秩值 K 等核心常量。
2. 脉冲回波仿真 采用循环处理方式模拟 64 个脉冲。对于每一个脉冲，根据目标的实时位置计算延时（Delay），并由此引入载波相位偏移和多普勒相移。随后在生成的理想复信号中注入高斯白噪声，通过信噪比参数控制信号质量。
3. 杂波对消（MTI） 针对慢时间维度的脉冲序列，应用系统内置的三脉冲对消器（系数为 [1, -2, 1]）。该滤波器能够有效滤除多普勒频率靠近零频的分量，从而模拟抑制地面静止杂波的过程。
4. 距离-多普勒映射（MTD） 对经过对消处理后的数据矩阵沿列（慢时间）进行快速傅里叶变换（FFT），并将结果进行频谱搬移（fftshift）。这一步骤将时域信号转化为距离-多普勒平面，便于观察目标在该平面上的能量聚集情况。
5. 恒虚警检测（OS-CFAR） 选取数据集中的特定脉冲切片转换至功率域。使用滑动窗口提取目标周围的 32 个参考单元，跳过 4 个保护单元。对参考单元内的数值进行升序排列，选取第 24 个（约 3/4 秩处）作为背景功率估计基准，结合品质因子 T 计算出自适应检测门限。
6. 性能评估与输出 根据 OS-CFAR 的概率密度函数积分公式，利用伽马函数和组合数模型计算当前参数下的理论虚警概率。系统最后搜索检测标志位，自动估算目标距离并打印至终端。
关键算法与技术细节
相位相参性保证 系统通过在每个脉冲生成的表达式中显式包含由往返时延引起的多普勒相位项（2*pi*f*delay），确保了多脉冲处理时相位的连续与相参性，这是 MTD 处理的前提。
三脉冲对消器 采用 [1, -2, 1] 滤波器系数，这是一种二阶差分器。它在零频率处具有较深的陷波，相比二脉冲对消器具有更好的杂波抑制改善因子。
OS-CFAR 检测算子
相比传统的均值分段 CFAR（CA-CFAR），本项目实现的 OS-CFAR 能够更好地应对多目标干扰。通过对参考窗内的数据进行 sort 排序并提取第 K 个值，系统能够有效剔除参考窗口内的异常强干扰点。
理论 Pf 建模 系统使用了复杂的公式：Pfa = k * C(N, k) * (k-1)! * (T + N - k)! / (T + N)! 该公式将实验环境中设定的品质因子 T 与数学统计模型直接关联，为设计人员在虚警率和检测概率之间寻找平衡提供了量化依据。
使用方法
- 启动 MATLAB 软件并进入本项目的工作目录。
- 打开脚本文件，可根据实际需求调整目标距离（target_r）或目标速度（target_v）。
- 直接运行脚本。
- 观察命令行输出的理论虚警概率与估算距离。
- 查看弹出绘图窗口，从左至右、从上至下依次分析信号在时域、空间域、频域以及检测域的变化过程。
