线性调频信号脉冲压缩仿真系统

资 源 简 介

此项目利用MATLAB编程实现雷达系统中关键的线性调频（LFM）信号脉冲压缩技术，旨在通过匹配滤波原理实现信号能量的集中并提升距离分辨率。项目的核心功能涵盖了LFM信号的产生、信号频谱分析、匹配滤波器系数计算以及压缩后的时域波形输出。在实现方法上，系统首先根据预设的带宽和脉冲宽度生成LFM复包络信号，随后通过快速傅里叶变换（FFT）将信号转换到频域。匹配滤波器在频域表现为发射信号频谱的复共轭，通过将接收信号频谱与匹配滤波器频率响应相乘，再进行逆快速傅里叶变换（IFFT），从而在时域获得极窄的压缩脉冲。该项

详 情 说 明

基于MATLAB的线性调频信号脉冲压缩仿真系统

本项目提供了一个完整的线性调频（LFM）信号生成与脉冲压缩处理的仿真平台。通过MATLAB实现雷达系统中的匹配滤波技术，展示了如何通过扩展信号带宽来提升雷达的距离分辨率，并讨论了减小旁瓣影响的优化方法。

项目介绍

线性调频信号（LFM）因其具有较大的时宽带宽积，在现代雷达系统中广泛用于解决探测距离与分辨率之间的矛盾。本项目模拟了LFM信号从原始产生到频域处理，再到最终脉冲压缩输出的全过程。通过对比不同处理方式（如加窗与不加窗、不同时宽带宽积），直观地展示了脉冲压缩对信号能量集中的效果以及对目标分辨能力的提升。

功能特性

1. LFM信号生成：根据预设的脉冲宽度和带宽，生成复包络形式的线性调频信号。
2. 频谱分析：利用快速傅里叶变换（FFT）分析信号的频谱特性，展示典型的矩形谱特征。
3. 频域匹配滤波：实现基于发射信号频谱复共轭的匹配滤波器设计。
4. 脉冲压缩处理：在频域实现信号与滤波器的卷积（相乘），并通过逆快速傅里叶变换（IFFT）还原到时域。
5. 旁瓣抑制（加窗处理）：对比分析加Hamming窗前后的压缩波形，展示加窗对峰值旁瓣比（PSLR）的改善。
6. 时宽带宽积（TBP）对比：分析不同TBP参数对脉冲压缩输出波形（dB尺度）的影响。
7. 性能参数评估：自动计算理论距离分辨率、零点间隔以及实测的峰值旁瓣比。

系统要求

• MATLAB R2016b 或更高版本
• Signal Processing Toolbox（用于findpeaks和window函数）

运行逻辑与实现细节

1. 参数初始化 系统设定基本仿真参数：脉冲宽度 $T = 10mu s$，信号带宽 $B = 30MHz$，采样频率 $Fs = 100MHz$。通过调频斜率 $K = B/T$ 确定频率随时间的变化率。

2. 信号构建 使用公式 $s(t) = exp(j pi K t^2)$ 生成复包络信号。为了获得更精确的频谱，系统对采样点进行了补零处理，提高FFT的分辨率。

3. 匹配滤波器设计 在频域中，匹配滤波器的传递函数 $H(f)$ 是发射信号频谱 $S(f)$ 的复共轭。实现逻辑是将时域信号转换到频域后求共轭。

4. 脉冲压缩实现

• 频域相乘：将信号频谱与滤波器响应相乘。
• 时域转换：执行IFFT并使用 ifftshift 对齐零时刻。
• 归一化处理：将输出结果按极大值归一化，便于观察和对比。

5. 性能优化与加窗 为了降低脉冲压缩后的旁瓣电平（防止虚警目标掩盖弱小目标），系统引入了Hamming窗。在信号进入FFT之前先乘以窗函数，再进行匹配滤波流程。

6. 时宽带宽积（TBP）实验 系统通过循环迭代，分别模拟了 TBP 为 10、50、200 的场景。实验表明，TBP 越大，脉冲压缩后的波形越接近理论物理特性，能量集中度更高。

关键算法与分析

• 线性调频（LFM）算法：利用二次相位实现瞬时频率线性增长。
• 快速傅里叶变换（FFT/IFFT）：项目核心计算工具，用于实现高效的频域卷积。
• 峰值旁瓣比（PSLR）计算：通过 findpeaks 函数寻找压缩后波形的最高峰和次高峰，利用 $20log_{10}(text{Peak2}/text{Peak1})$ 计算分贝差。在本系统中，不加窗的理论值为 -13.2dB，加Hamming窗后旁瓣显著降低。
• 分辨率衡量：理论距离分辨率由 $c/(2B)$ 决定。系统通过仿真结果验证了主瓣的窄度（约 $1/B$）与理论的一致性。

使用方法

1. 启动MATLAB。
2. 将项目相关的脚本文件置于MATLAB当前工作路径下。
3. 直接运行主绘图脚本。
4. 系统将弹出两个图形窗口：

* 窗口1：展示LFM信号的实部波形、相位变化、幅度谱、时域压缩对比（线性与dB尺度）及主瓣细节。 * 窗口2：展示在不同时宽带宽积（TBP）条件下的脉冲压缩效果对比。

1. 在MATLAB命令行窗口查看输出的性能指标数据。