基于CFAR算法的雷达信号自适应门限检测系统

资 源 简 介

本项目通过MATLAB编程实现了针对雷达信号处理的恒虚警门限计算功能，确保在随机噪声和干扰背景中维持恒定的虚警率。程序采用模块化设计，重点包含一个主执行逻辑和两个核心调用函数。第一个调用函数负责执行背景功率水平估计，通过在信号序列上滑动参考窗并排除保护单元，计算局部噪声的平均统计特征；第二个调用函数则基于概率分布模型和设定的虚警概率参数，求解得到用于门限缩减或放大的比例乘数因子。主流程将背景功率估计值与门限因子相乘，生成一套与输入信号长度一致的动态门限向量。该系统能够有效应对非平稳环境下的目标检测偏差，广

详 情 说 明

基于MATLAB的恒虚警(CFAR)门限自适应求解系统

项目介绍

本项目是一个专门用于雷达信号检测的自适应门限计算系统。在雷达实际工作环境中，背景噪声和干扰的功率水平往往是随时间或空间动态变化的。本项目通过实现单元平均恒虚警（CA-CFAR）算法，能够根据局部背景噪声的统计特性实时调整检测门限，从而在维持恒定虚警概率（Pfa）的前提下，实现对待测目标的可靠检测。系统模拟了完整的雷达回波处理流程，包括信号生成、噪声建模、参数计算、滑动窗口处理以及结果判定可视化。

功能特性

1. 动态自适应检测：系统能够根据预设的虚警概率，自动计算背景功率水平并生成随动的检测门限曲线。
2. 统计建模与仿真：基于指数分布模型模拟平方律检波后的雷达回波信号，并支持多目标及不同信噪比（SNR）的设置。
3. 滑动窗口处理机制：采用经典的参考单元与保护单元结构，有效隔离目标能量对背景功率估计的影响。
4. 综合可视化展示：提供双子图对比界面，直观展现信号与门限的dB域对比，以及背景功率估计值与最终检测触发结果。

使用方法

1. 环境配置：准备好MATLAB运行环境。
2. 参数自定义：在执行逻辑的参数设置区，用户可以根据需求修改信号长度、虚警概率、参考单元数量和保护单元数量。
3. 目标模拟：通过修改目标位置数组和信噪比数组，模拟不同的探测场景。
4. 运行与分析：运行主逻辑后，系统将自动弹出可视化窗口。红色曲线代表自适应门限，若灰色信号线超过红色门限，则判定为检测到目标。
5. 结果读取：观察子图二中的脉冲判定图，确认目标检测的准确执行情况。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本（需支持统计工具箱内置函数如exprnd）。
2. 硬件环境：兼容主流操作系统的个人电脑，具备基础的运算存储能力。

实现逻辑与功能详情

1. 信号仿真模块：

系统首先建立一个离散的信号序列，基础背景设置为功率值为1的瑞利分布背景（平方律检波输出表现为指数分布）。随后，在特定的采样点位置叠加线性功率的目标信号。目标的功率根据设定的信噪比（dB）换算为线性增益。

1. 门限因子(Alpha)计算：

系统采用解析法求解CA-CFAR的乘数因子。基于指数分布的数学模型，根据参考单元数量（N）和设定的虚警概率（Pfa），利用公式 alpha = N * (Pfa^(-1/N) - 1) 计算出固定的比例常数。

1. 滑动窗口背景估计：

算法核心采用双向滑动窗口。对于每一个待检测单元（CUT），系统对称地选取其两侧的参考单元。中间紧邻待测单元的部分设为保护单元，不参与能量累加，以防止目标能量外溢影响噪声估计。系统计算参考单元内信号的总功率并取其平均值，作为当前位置的背景噪声功率估计。

1. 动态门限生成与判定：

系统将每一时刻得到的局部背景功率估计值与门限因子Alpha相乘，得到该点的自适应检测门限。随后将原始信号观测值与该门限进行比较：若信号观测值大于门限，则判定结果记录为1（检测到目标），否则记录为0。

1. 结果可视化逻辑：

系统将处理结果分为两个维度展示。上方图表将信号和门限均转换为对数域（dB），便于观察在宽动态范围下的检测性能；下方图表左轴显示背景功率的波动曲线，右轴以脉冲形式标注出检测触发的具体位置。

关键算法与实现细节

1. 边缘处理：

由于滑动窗口需要一定数量的参考单元和保护单元，系统在信号的起始和末尾部分存在无法覆盖的“死区”。程序在计算和绘图时通过索引偏移精确控制处理范围，确保数据访问不越界。

1. CA-CFAR 逻辑：

算法通过对参考单元求和并除以单元总数，实现了局部均值估计。这种方法在均匀背景噪声下具有最优的检测性能。

1. 格式化输出：

系统内置了科学计数法格式化工具，在图表标题中动态显示虚警概率，增强了交互界面的专业性和可读性。