2014-雷达原理第五讲-讲义

第六章运动目标检测MTI（MovingTargetIndication）MTD（MovingTargetDetection）一、动目标与固定目标信号的特点1、时域特性发射信号1001coscos()tttuUUt接收信号00102coscos[()]rrrrruUUtt一、动目标与固定目标信号的特点1、时域特性固定目标21020rt常数相位差回波信号频率0220122dffdt常数运动目标0rRRvt发现目标的起始点径向运动速度一、动目标与固定目标信号的特点1、时域特性运动目标2rRtc02()rRvtc02001022()[]]rRvttc2002rvfffc02rdvffc回波信号频率相位差func()t1、时域特性径向速度的概念sinrvv目标静止sinsinrgtvvv平台、目标都运动gvtvo二维tv三维gvosincosrtvv平台静止、目标运动tv90o一、动目标与固定目标信号的特点2、频域特性fsin()ff112200()sin()TPtttt()TPtf01f0f幅度值零点位置一、动目标与固定目标信号的特点2、频域特性trTf01f0f01rfT时域脉冲串（无限延拓）谱线之间的间隔一、动目标与固定目标信号的特点2、频域特性时域脉冲串（有限延拓，T=MTr）sin()TfTff01f0ffsin()TfTfT,rT，的影响一、动目标与固定目标信号的特点2、频域特性f01drffT0dff01()drffT0()dff运动目标频谱01rfT固定目标频谱f0f01f二、动目标多普勒信息提取方法相干信号：同一信号的两个部分，或在时间上具有严格联系性的两个信号相干法：利用相干信号作为回波信号相位比较基准的方法相干雷达：采用相干法的雷达，（通常用于动目标检测）连续波多普勒雷达脉冲多普勒雷达二、动目标多普勒信息提取方法1、连续波多普勒雷达接收机基准信号二、动目标多普勒信息提取方法1、连续波多普勒雷达基准信号：0U回波信号：rU检波器：r0UU固定目标：运动目标：初始相位差0rUU通常0cosrUUU00cos()rdUUt优点：简单缺点：直接在载频上进行检波，相检器产生的噪声大解决办法：边带超外差接收机直接检波的优缺点边带超外差接收机连续波多普勒雷达0f连续波发射机混频器边带滤波器接收机混频器中频本振中频放大器相位检波器多普勒滤波器显示器0fcfcdffdfcf0dff0cff00,,cfff…镜像问题()cos()ddutKtdd采用I、Q通道()cos()sin()djtddsttjte由于发射信号有限长所引入的频谱展宽二、动目标多普勒信息提取方法2、相关脉冲多普勒雷达基准信号：0U检波器：r0UU固定目标相邻脉冲的相位差02rrdrvTTc相邻脉冲间的时延变化量22rrrvTRtcc运动目标1/df2、相关脉冲多普勒雷达（续）多普勒信息提取方法df1df通常采用多个脉冲提取1df如果采用单个脉冲提取df闪烁（蝴蝶效应）2、相关脉冲多普勒雷达（续）盲速1drrffTdF检波器得到的频率0dF盲速：有运动目标，但不呈现“蝴蝶效应”2rdrvfnf12rrvnf第一盲速、第二盲速、……2、相关脉冲多普勒雷达（续）频闪Recall:Nyquist采样定理（相位模糊的概念）ddFf频闪：相干检波器输出的脉冲包络调制频率不等于回波信号的多普勒频率出现频闪的条件2rdff高速运动目标时容易出现频闪目标的多普勒频移提取的多普勒频移2、相关脉冲多普勒雷达（续）三个概念频闪闪烁盲速都是由于脉冲工作体制引入的三、动目标显示雷达的工作原理及主要组成目的：抑制固定目标，提取运动目标信息原理：利用运动目标和固定目标在频谱上可分离系统构成：相干振荡器、相干检波器、对消器分类：中频全相参（干）动目标显示，（适于主振放大式发射机）锁相相参动目标显示，（适于自激振荡式发射机，如末级为磁控管）1、基本原理框图采用主振放大式发射机中频全相参（干）MTI雷达框图中频全锁相脉冲相参MTI雷达框图采用自激振荡器相位随机在中频上实现锁相2、消除固定目标回波通常的方法混频后的固定目标频谱1rTf011rrfnnfTa)频谱抑制法b)对消器实质：在形成滤波凹口rfnf2、消除固定目标回波一次对消器0()cos()rdutUt0'()cos[()]rdrutUtT检波器延迟Tr()ut'()ut()yt+-()ut0()'()()2sinsin22drdrrdTTytututUt幅度正弦信号消除了固定目标，同时引入运动目标的盲速2drTn时,drfnf,()0yt2、消除固定目标回波一次对消器的频域分析(1cos)sinrrTjTZ-1()xn(1)xn()yn-+()()1()rjTYHeX传递函数()()(1)ynxnxn1()1Hzzmax()sin2rTHHmax()HH一次对消器的缺点：凹口窄、上升时间长2、消除固定目标回波二次对消器2()()1()rjTYHeX传递函数2max()sin2rTHHZ-1()xn(1)xn-+Z-1()yn-+杂波一次对消二次对消对消器对固定杂波的消除分析：二次对消较一次对消有所改善通带内频响不均匀属于有限脉冲响应（FIR）滤波器1()1Hzz21()1Hzz零点：z=1极点：z=0零点、极点距离远递归型滤波器的设计（一次对消）无限脉冲响应（IIR）滤波器1()1Hzz传递函数传递函数非递归型递归型递归型滤波器的设计（一次对消）非递归型递归型零、极点分布零、极点分布极点趋于零点，频响更平坦，但凹口会变窄由于是IIR型，有限脉冲干扰的影响递归型滤波器的设计（二次对消）传递函数传递函数非递归型递归型两个零点两个零点两个极点递归型滤波器的设计（二次对消）非递归型递归型多次相消梳状滤波器零、极点的设计3、消除运动杂波目标：滤波器的凹口对准杂波中心1()1jHzez杂波一次对消二次对消'df技术：设计零点2'/drjffzejze'df复数滤波器输出功率自适应动目标显示(AMIT:AdaptiveMovingTargetIndication)杂波频谱中心变化，滤波器的凹口应自适应地对准杂波中心1()1jHzez1()1Hzwz自适应因子Tr()xt()yt-+w()()()rytxtwxtT20PEy*()()Eytyt*0{[()()][()()]}rrPExtwxtTxtwxtT******[()()][()()][()()][()()]rrrExtxtEwxtxtTEwxtxtTEwwxtxtT采用最小输出功率准则00Pw**{[()()]-{[()()]roptrrExtxtTwExtTxtT利用Cauchy-ReimannEq.多级FIR型的AMTI频谱补偿法滤除运动杂波频谱搬移四、盲速、盲相的影响及解决途径1、盲速盲速的原因dF检波器得到的频率drfnf2rrvnf12rrvnf1、盲速从对消器的角度分析max()HH盲速区drfnf盲速最大不模糊的速度：12drffmax212rrvfmax4rrvfRecalling最大不模糊的距离：max2rcRfrmaxmaxconstant8cvR1、盲速采用参差重复频率合成后的传递函数ff1rf12rf13rff2rf22rfrrrrrrTTTTTTTTTT多重复频率H1(z)H2(z)HM(z)…1、盲速采用参差重复频率对性能的提高设等效盲速为'0rv等效多普勒频率为'0df'0rv为采用参差重复频率下的盲速可以看成是fr1和fr1的最小公倍数采用参差重复频率对性能的提高1232rrTT2.5倍？ff1rf12rf13rff2rf22rf'013drff1202rrdfff2132rrff1054rdff125k1201212122**2211rrdrrrrrrfffTTffff采用参差重复频率对性能的提高提高了盲速，改善了曲线的平坦度四、盲速、盲相的影响及解决途径2、盲相盲相与盲速的区别0()'()()2sinsin22drdrrdTTytututUt引起盲速引起盲相对消器的输出点盲相：相邻时刻的检波器的输出相等，从而使对消器的输出为零连续盲相：若干重复周期连续出现丢失动目标回波点盲相投影连续盲相强杂波背景下投影区合成矢量的端点限幅作用使合成矢量近似为常数解决盲相的方法1）改善相位检波器的特性如：采用平衡相位检波器2）中频对消解决盲相的方法3）正交双通道3）正交双通道()()cos[()]istattt中频实信号时间慢变化()()1()()()2iijtjtjtjtstateeateenote()()()jtutate*1()()2iijtjtuteute单路相位检波出现频谱混叠，无法正确提取()ut无法区分多普勒频率的正负值3）正交双通道*1()()()2iiiijtjtjtjtsteuteutee2*11()()22ijtutute()cos()sin]iisttjstt()()[cossin]ijtiistesttjt同相支路I正交支路Q五、MTI雷达的工作质量指标改善因子//ooiiSCISC输出的信号杂波功率比输入的信号杂波功率比//ooiiioSCCIGSCC平均功率增益杂波衰减（CA）对消比（CR）oiCCRC五、MTI雷达的工作质量指标杂波中的可见度（SCV）各种因素对改善因子的影响六、动目标检测MTDMTI：通常认为只有对消器，模拟成分多相检后增加了系列数字电路MTD：可认为是MTI的改进增大了信号处理的动态范围增加了多普勒滤波器组能抑制多种形式的杂波采用保持、A/D转换、数字延迟、运算器等增加了多普勒滤波器组多普勒滤波器组信噪比提高N倍分辨力提高N倍