高精度可调参数窄带信号生成系统

资 源 简 介

本系统是一个专门用于生成定制化窄带信号的MATLAB仿真工具，旨在为雷达、通信及电子对抗等领域的信号处理研究提供标准化的测试源。其核心功能是实现对信号频域特性的精准控制，用户可以根据需求自主调节信号的核心参数，包括采样频率、中心载波频率、信号有效带宽、信号持续时间以及信噪比等。 实现方法上，系统采用两种经典路径：一是滤波法，通过设计高阶FIR或IIR带通滤波器对宽带随机过程进行精密限幅和滤波，使其谱密度集中在极窄的频段内；二是正交调制法，利用基带成形滤波器产生低通信号，随后通过正交载波上变频将其频谱搬移至

详 情 说 明

基于MATLAB的高精度可调参数窄带信号生成系统

本项目是一个基于MATLAB开发的仿真工具，专门用于生成具有高度可定制特性的窄带信号。该系统通过精确的参数化控制，能够模拟雷达、载轴通信以及电子对抗等领域中常见的窄带随机过程和波形，为信号处理算法的验证提供标准化的信号源。

项目介绍

窄带信号生成系统旨在解决科研和工程中对特定带宽信号的需求。系统核心集成了两种主流的生成机制：滤波法和正交调制法。通过该系统，用户可以精确设定信号的中心频率、带宽、采样率以及环境噪声水平。系统不仅能够产生高质量的波形，还集成了闭环的参数分析模块，通过自动化频谱测量技术，即时反馈生成信号的物理特性是否达到预设指标。

功能特性

1. 参数高度可调：支持采样频率(fs)、中心频率(fc)、有效带宽(B)、仿真时长(T)及信噪比(SNR)的自定义配置。
2. 双重生成路径：内置基于FIR滤波器的环境噪声限幅滤波法，以及基于I/Q分量的正交调制法。
3. 高阶精准滤波：采用1000阶FIR滤波器，确保信号在频域具备极高的滚降特性和带外抑制能力。
4. 闭环分析测量：自动计算功率谱密度，并根据3dB带宽定义和峰值功率搜索算法，反向校验信号的实际物理参数。
5. 动态可视化：提供时域局部细节特征图和频域功率谱密度分布图，并自动标注中心频率及带宽边界线。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 工具箱需求：Signal Processing Toolbox (信号处理工具箱)。

使用方法

1. 初始化参数：在系统的参数配置区设定所需的物理量，如载波频率fc和信号带宽B。
2. 选择生成算法：系统默认同时运行滤波法和正交调制法，可根据需求选择对应的输出向量。
3. 运行仿真：执行主程序，系统将自动依次进行信号生成、加噪处理、频谱计算及参数测量。
4. 结果判读：

- 在MATLAB命令行窗口查看“窄带信号参数测量结果”统计表，对比预设值与测量值。 - 观察弹出的图形窗口，分析信号的时域包络特征以及频域的功率分配情况。

1. 数据导出：仿真生成的时域序列、频率轴数据及测量结果将以结构体形式存储于工作区中。

实现逻辑与算法细节

#### 1. 窄带信号生成算法

系统实现了两种独立的方法来确保信号的多样性：

• 滤波法 (Filtering Method)：首先产生一个宽带高斯白噪声序列，随后设计一个具有精密截止频率的1000阶FIR带通滤波器。通过该滤波器对噪声进行限幅处理，将能量集中在以fc为中心、宽度为B的频带内。
• 正交调制法 (Quadrature Modulation Method)：首先产生两路独立的随机信号，并通过低通滤波器（截止频率为B/2）构建同相分量(I)和正交分量(Q)。最后将I/Q分量分别与正余弦载波进行相乘并求和，由于基带信号的低通特性，上变频后的信号呈现窄带特性。

#### 2. 加噪模型

系统采用加性高斯白噪声(AWGN)模型。实现逻辑是先计算生成信号的平均功率，然后根据用户设定的SNR（分贝值）推算出所需的噪声功率，最后生成对应方差的噪声序列叠加在信号上。

#### 3. 频谱分析与自动测量

系统采用周期图法（Periodogram）计算信号的功率谱密度(PSD)：

• 中心频率测量：通过搜索功率谱密度向量的最大值，提取对应的频率坐标作为实测中心频率。
• 带宽测量 (3dB定义)：首先定位功率谱的峰值，随后寻找功率下降至峰值一半（-3dB）的左右边界点，两个边界点的频率差即为实测有效带宽。

#### 4. 可视化逻辑

为了方便观察高频载波细节，时域绘图采用局部放大技术，自动计算显示窗口以展示约10个信号周期。频域绘图则利用红、绿虚线准确标注出实测得到的中心频率位置和带宽范围，实现了仿真与验证的一体化展示。