基于 C++/Qt 的雷达回波信号检测与测距仿真系统

一、项目简介

本文介绍一个使用 C++17 + Qt 6 + CMake 开发的简单雷达回波信号检测与测距仿真系统。

项目主要模拟雷达接收到多个目标回波后的信号处理过程，并通过窗口能量检测目标，再对目标回波的起始位置进行精定位，最终根据回波延迟计算目标距离，并使用 Qt Widgets 和 QPainter 将结果进行可视化。

整个项目的处理流程如下：

目标回波生成
    ↓
多目标信号叠加
    ↓
加入高斯噪声
    ↓
估计噪声能量
    ↓
计算窗口能量
    ↓
自适应阈值检测
    ↓
得到目标候选位置
    ↓
局部能量精定位
    ↓
计算目标距离
    ↓
Qt 可视化

本项目主要用于学习 C++ 信号处理、雷达测距基本原理以及 Qt 自绘图形，并不针对真实雷达系统进行建模。

---

二、项目使用的技术

开发环境：

• C++17
• Qt 6
• Qt Widgets
• CMake
• MinGW 64-bit

项目结构：

RadarSignalSimulator/
├── CMakeLists.txt
├── main.cpp
├── mainwindow.h
├── mainwindow.cpp
├── radar_signal_generator.h
├── radar_signal_generator.cpp
├── signal_widget.h
└── signal_widget.cpp

其中：

RadarSignalGenerator

负责信号生成、噪声处理、能量检测和距离计算相关的数据处理。

SignalWidget

负责将原始信号、窗口能量和检测结果绘制到 Qt 界面中。

---

三、雷达测距的基本原理

雷达通过发射电磁波并接收目标反射回来的回波，可以根据回波的传播时间计算目标距离。

假设雷达发射信号后，经过时间 ($\tau$) 接收到目标回波。

由于电磁波需要经历：

雷达 → 目标
目标 → 雷达

两个方向，因此目标距离为：

$$R=\frac{c\tau }{2}$$

其中：

• (R)：目标距离
• (c)：电磁波传播速度
• ($\tau$)：回波延迟时间

本项目中使用：

$$c=3\times 10^{8}m/s$$

---

四、模拟雷达回波

首先定义基本参数：

const int sampleCount = 5000;

const double sampleRate = 10'000'000;
const double carrierFrequency = 1'000'000;
const double pulseWidth = 20e-6;
const double noiseStdDev = 0.15;

也就是：

采样点数：5000
采样率：10 MHz
载波频率：1 MHz
脉冲宽度：20 μs
噪声标准差：0.15

然后模拟三个不同距离的目标：

std::vector<double> signal1 =
    generator.generatePulseEcho(
        sampleCount,
        sampleRate,
        carrierFrequency,
        pulseWidth,
        8000,
        1.0,
        0.0
        );

std::vector<double> signal2 =
    generator.generatePulseEcho(
        sampleCount,
        sampleRate,
        carrierFrequency,
        pulseWidth,
        15000,
        0.8,
        0.0
        );

std::vector<double> signal3 =
    generator.generatePulseEcho(
        sampleCount,
        sampleRate,
        carrierFrequency,
        pulseWidth,
        23000,
        0.6,
        0.0
        );

三个目标分别位于：

8 km
15 km
23 km

同时设置不同的目标幅度：

目标1：1.0
目标2：0.8
目标3：0.6

用于模拟不同强度的目标回波。

---

五、根据目标距离计算回波延迟

在信号生成函数中，首先根据目标距离计算回波延迟：

double delayTime =
    2.0 * targetRange / C;

其中：

C = 3.0e8;

然后转换成采样点：

int delaySamples =
    st