雷达恒虚警CFAR检测算法仿真系统

资 源 简 介

本系统是一个专门用于雷达信号处理中恒虚警检测技术的MATLAB仿真平台。其核心目的在于解决在复杂的噪声和杂波背景下，如何通过自适应调整检测门限来维持恒定的虚警率，从而准确识别雷达目标。程序首先模拟生成带有噪声的雷达回波信号，允许用户自定义噪声分布以及注入多个具有不同信噪比和距离位置的目标。在处理阶段，系统实现了多种经典的CFAR处理逻辑：CA-CFAR（单元平均检测器）用于平稳背景噪声；GO-CFAR（最大选优检测器）用于抑制杂波边缘导致的虚警；SO-CFAR（最小选优检测器）旨在解决多目标环境下的目标遮

详 情 说 明

雷达恒虚警(CFAR)检测算法仿真系统

项目介绍

本系统是一个基于MATLAB开发的雷达信号处理仿真平台，专注于恒虚警检测（CFAR）技术的性能评估与可视化。在雷达实际工作中，背景噪声和杂波的强度随环境变化，固定的检测门限会导致虚警率剧烈波动。本系统通过对不同CFAR算法的建模与仿真，展示了如何通过自适应调整门限来平衡检测概率（Pd）与虚警概率（Pfa），为雷达信号处理的研究和教学提供直观的工具。

功能特性

1. 信号模拟仿真：支持生成瑞利分布背景噪声，并采用平方律检波模型。具备多目标注入功能，可自定义目标的距离单元位置及信噪比（SNR）。
2. 多种CFAR算法实现：集成了单元平均（CA）、最大选优（GO）、最小选优（SO）以及有序统计（OS）四种主流CFAR检测逻辑。
3. 自动化门限因子计算：针对CA-CFAR提供解析式计算，针对OS-CFAR利用数值计算法求解，而GO和SO则提供基于工程经验的修正计算。
4. 性能定量分析：系统内置了检测概率（Pd）随信噪比（SNR）变化的性能曲线分析功能，通过蒙特卡洛模拟和统计分布估算算法优劣。
5. 直观可视化界面：生成包含信号与门限对比图、检测点分布图以及Pd性能对比曲线的多维度仿真图表。

使用方法

1. 在MATLAB环境中打开主程序文件。
2. 配置仿真参数，如距离单元总数、设定的虚警概率（Pfa）、参考单元和保护单元的数量等。
3. 运行程序，系统将依次执行信号生成、门限计算、滑动窗口处理及性能统计。
4. 在绘图窗口观察各算法门限在不同环境（平稳背景、多目标邻近、杂波边缘）下的表现。
5. 在控制台查看输出的CFAR仿真统计报告，包括门限因子和目标捕获情况。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 必备工具箱：信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）、统计与机器学习工具箱（Statistics and Machine Learning Toolbox）。

核心实现逻辑与功能细节

1. 模拟信号生成逻辑

程序首先生成复高斯白噪声，通过平方律检波（信号绝对值的平方）转换为服从指数分布（对应功率域）的背景信号。在特定的距离单元处叠加目标能量，其中涵盖了单一目标及近距离多目标场景，用于验证算法对目标遮蔽问题的处理能力。

2. 门限因子(Threshold Factor)计算

• CA-CFAR：根据给定的参考单元数和预设Pfa，利用解析公式计算门限系数。
• OS-CFAR：通过数值迭代（fzero函数）求解复杂的排序概率密度积分方程，确保给定的排序参数k（本系统默认设为参考单元数的3/4处）能满足预设Pfa。
• 经验修正：考虑到工程实用性，GO-CFAR和SO-CFAR在CA因子的基础上分别引入了1.2和0.8的比例系数进行近似。

3. 滑动窗口检测流程

系统采用经典的滑窗结构。对于每一个受试单元（Cell Under Test, CUT），程序提取其两侧的保护单元（Guard Cells）以防目标能量泄露到参考窗，随后提取两段参考单元（Reference Cells）。

• CA处理：计算左右两侧参考单元的总平均值。
• GO处理：取左侧平均值与右侧平均值的较大者，旨在降低杂波边缘处的虚警。
• SO处理：取左侧平均值与右侧平均值的较小者，旨在解决多目标环境下目标互相遮蔽的问题。
• OS处理：将参考单元内的所有样本进行升序排列，选取第k个位置的数值作为背景功率估计基础。

4. 检测判定与统计

程序通过比较当前单元信号功率与实时生成的各算法门限进行硬判决。若信号超过门限则判定为目标。随后，系统选取一段纯噪声区域统计实际产生的虚警情况，并计算检测到的目标总数。

5. Pd vs SNR 性能仿真分析

• CA性能：利用非中心卡方分布（ncx2cdf）的互补累积分布函数直接估算理论检测概率。
• OS性能：采用蒙特卡洛模拟方法，通过5000次独立重复试验，统计在不同信噪比下OS算法成功检测目标的比例，从而绘制高精度的性能对比曲线。

6. 结果呈现

仿真最后会生成三个关键图表：

• 空间分布图：以dB为单位展示原始回波信号与多种CFAR动态门限的重叠曲线。
• 识别图：以脉冲形式标注算法成功判定的目标位置。
• 性能曲线图：横轴为信噪比，纵轴为检测概率，清晰对比不同算法在相同虚警率下的灵敏度差异。