第八章-运动目标检测及测速课件.ppt

1、第二节第二节 MTI雷达工作原理及组成雷达工作原理及组成8.2.1 基本工作原理基本工作原理相参电压获取相参电压获取固定杂波消除固定杂波消除相位检波器的输入端加上相位检波器的输入端加上在整个接收信号期间连续在整个接收信号期间连续存在的基准电压（和发射存在的基准电压（和发射信号频率相参且保存发射信号频率相参且保存发射信号的初相），各种回波信号的初相），各种回波信号均与基准电压比较相信号均与基准电压比较相位；相检器输出的视频脉位；相检器输出的视频脉冲串（固冲串（固 等幅，动等幅，动 调调幅），在送到终端前将采幅），在送到终端前将采用相消设备消去固定杂波，用相消设备消去固定杂波，保存运动目标信息。保

2、存运动目标信息。8.2.2 获得相参振荡电压的方法获得相参振荡电压的方法此时的相位为此时的相位为ct+0tr+c脉冲脉冲 调制器调制器磁控管磁控管发射机发射机收发开关收发开关混频器混频器稳定本振稳定本振混频器混频器中频相参中频相参振荡器振荡器相位相位 检波器检波器中频中频 放大器放大器对消器对消器高频锁相脉冲高频锁相脉冲中频锁相脉冲中频锁相脉冲相参电压相参电压中频回波中频回波对消视频对消视频中频回波中频回波高频回波脉冲高频回波脉冲每一重复周期的发射每一重复周期的发射脉冲高频起始相位是脉冲高频起始相位是随机的，不是全相干。随机的，不是全相干。为得到与发射脉冲起为得到与发射脉冲起始相位保持严格关系

3、始相位保持严格关系的基准电压，可用高的基准电压，可用高频锁相或中频锁相频锁相或中频锁相（对应于高频相检和（对应于高频相检和中频相检），即在发中频相检），即在发射脉冲中取出很少一射脉冲中取出很少一部分能量用以控制高部分能量用以控制高频或中频相干振荡的频或中频相干振荡的相位，使其与发射脉相位，使其与发射脉冲相位同步。冲相位同步。8.2.3 消除固定目标回波消除固定目标回波滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个n fr相邻重复周期信号相减，固定目标由于振相邻重复周期信号相减，固定目标由于振幅不变而相互抵消；动目标相减后剩下相幅不变而相互抵消；动目标相减后剩下相邻重复周期

4、振幅变化的部分作为输出。邻重复周期振幅变化的部分作为输出。延迟一个延迟一个T r 相减相减相消后的信号包络相消后的信号包络包络振幅包络振幅当当 时，时，最大，即对动目标有最佳响应最大，即对动目标有最佳响应当当 时，输出振幅时，输出振幅 为零，出现盲速为零，出现盲速相消设备输出速度响应相消设备输出速度响应采样保持电路采样保持电路模数转换电路模数转换电路数字延迟线数字延迟线相减器相减器数模转换电路数模转换电路相干视频相干视频延迟延迟 数字信号数字信号相消视频相消视频输出输出8.3.1 盲速盲速n=1时为时为第一盲速第一盲速第一盲速第一盲速重复周期内目标走过的距离为半个波长重复周期内目标走过的距离为

5、半个波长例：例：？常用解决办法：首先保证测距无模糊，再解决测速常用解决办法：首先保证测距无模糊，再解决测速模糊问题。模糊问题。最大单值不模糊距离最大单值不模糊距离设设 f r 1、f r 2 均满足无模糊测距均满足无模糊测距对消器输出分别为：对消器输出分别为：不采用参差重频时：不采用参差重频时：同时盲速称为等效第一盲速同时盲速称为等效第一盲速 vr0取取 n 1、n 2互为质数互为质数采用参差重频时：采用参差重频时：采用采用N个参差重复频率时：个参差重复频率时：8.3.2 盲相盲相由相位检波器特性所引起，减弱雷达对运动目标的检测能力。由相位检波器特性所引起，减弱雷达对运动目标的检测能力。基准电

6、压方向基准电压方向相检器输出相检器输出对消输出对消输出差矢量差矢量连续盲相后果：可能使得在某次天线扫描时丢失在强杂波连续盲相后果：可能使得在某次天线扫描时丢失在强杂波背景下的运动目标。背景下的运动目标。解决办法：改进相位检波器的特性解决盲相问题（早期）解决办法：改进相位检波器的特性解决盲相问题（早期）使用矢量对消器解决盲相问题使用矢量对消器解决盲相问题(现代现代)思路：直接取出反射回波思路：直接取出反射回波的差矢量，可避免盲相和的差矢量，可避免盲相和回波振幅的多普勒调制回波振幅的多普勒调制对于相参中频信号，相邻重复周期的动目标回波可分别写为对于相参中频信号，相邻重复周期的动目标回波可分别写为中

7、频对消器中频对消器 输输出电压振幅出电压振幅当中频为重复频率的整数倍，即当中频为重复频率的整数倍，即 时，中频对消能消时，中频对消能消除零速的固定杂波，此时输出中频信号振幅为除零速的固定杂波，此时输出中频信号振幅为 ，当当 时，输出也为零时，输出也为零 盲速。盲速是由于脉冲取盲速。盲速是由于脉冲取样工作方式产生的，因而中频对消不能解决，只有用高重复样工作方式产生的，因而中频对消不能解决，只有用高重复频率或参差重复频率才能在一定范围内解决盲速影响。频率或参差重复频率才能在一定范围内解决盲速影响。零中频处理零中频处理零中频处理的理论分析零中频处理的理论分析例：例：时，时，d的正负无法判断。的正负无

8、法判断。8.4.1 目标回波和杂波的频谱特性目标回波和杂波的频谱特性雷达发散相参脉冲串，脉宽为雷达发散相参脉冲串，脉宽为，重复频率为，重复频率为 f r。天线不扫描时，目标回波为无限脉冲串。天线不扫描时，目标回波为无限脉冲串。调制信号：调制信号：高频连续振荡：高频连续振荡：扫描时，设天线方向图可用高斯函数来表示扫描时，设天线方向图可用高斯函数来表示则，收到的回波脉冲串的包络函数为则，收到的回波脉冲串的包络函数为则，回波为则，回波为fd+fr-fd+fr除固定建筑物外，杂波均属于分布杂波，包含内部运动。除固定建筑物外，杂波均属于分布杂波，包含内部运动。天线不扫描天线不扫描时时，固定杂波频谱，固定

9、杂波频谱位于位于nf r 处，用处，用对消器可以全对消器可以全部滤去。部滤去。天线扫描天线扫描时时，杂波谱，杂波谱展宽可用高斯函数表示：展宽可用高斯函数表示：实验测定，当频率实验测定，当频率 f=1GHz时，杂波功率谱可表示如下：时，杂波功率谱可表示如下：u杂波平均速度为零而只有内部起伏时，杂波的杂波平均速度为零而只有内部起伏时，杂波的频谱位置在频谱位置在 nf r 上，但每根谱线均展宽。如果上，但每根谱线均展宽。如果杂波有平均速度，则会产生多卜勒频移。杂波有平均速度，则会产生多卜勒频移。u展宽使得对消器不能很好的滤去杂波，有多卜展宽使得对消器不能很好的滤去杂波，有多卜勒频移时，应使滤波器凹口

10、对准杂波谱的平均勒频移时，应使滤波器凹口对准杂波谱的平均多卜勒位置。展宽影响多卜勒位置。展宽影响MTI 的质量。的质量。8.4.2 动目标显示滤波器动目标显示滤波器信号信号S(f)最佳滤波器的频响最佳滤波器的频响实际杂波抑制滤波器实际杂波抑制滤波器只能使滤波器特性的凹口基本上和只能使滤波器特性的凹口基本上和杂波梳状谱的宽度相当杂波梳状谱的宽度相当，为准最佳滤波。，为准最佳滤波。均匀分量的功率谱密度均匀分量的功率谱密度杂波特性决定的梳状分量杂波特性决定的梳状分量引入了新的极点，引入了新的极点，z=K1，K11滤波器的频率响应为单位圆上的点到零点的长度除去该点滤波器的频率响应为单位圆上的点到零点的

11、长度除去该点到极点的长度。到极点的长度。若若K 接近于接近于1，则凹口越窄，其他部分越平坦。，则凹口越窄，其他部分越平坦。简单的简单的MTI 中，利用此法来扩大速度相应范围。中，利用此法来扩大速度相应范围。递归型滤波器：灵活，暂态响应长。递归型滤波器：灵活，暂态响应长。k=2k=+2-2动目标显示雷达的动目标显示雷达的工作质量及质量指标工作质量及质量指标8.5.1 质量指标质量指标MTI系统输出端信杂比（功率比）和输入端信杂比之比。系统输出端信杂比（功率比）和输入端信杂比之比。由于：由于：0多普勒滤波器输出端信杂比和输入端信杂比之比。多普勒滤波器输出端信杂比和输入端信杂比之比。在给定检测概率和

12、虚警概率条件下，检测到重叠于杂波在给定检测概率和虚警概率条件下，检测到重叠于杂波上的运动目标时，杂波功率和目标回波功率的比值。上的运动目标时，杂波功率和目标回波功率的比值。为弥补为弥补MTI的缺陷，由最佳滤波器理论发展起来。的缺陷，由最佳滤波器理论发展起来。8.6.1 限幅的影响和线性限幅的影响和线性MTI对消器输出的杂波剩余功率对消器输出的杂波剩余功率强杂波时，大的杂波剩余将使强杂波时，大的杂波剩余将使 Pfa 明显增大及终端饱和。明显增大及终端饱和。若中频采用限幅中放，限幅电平若中频采用限幅中放，限幅电平 L选择满足选择满足 L/Ni=I，则相消，则相消器输出的杂波功率近似为噪声电平，得到

13、近似恒虚警的性能。器输出的杂波功率近似为噪声电平，得到近似恒虚警的性能。限幅会使杂波背景上的运动目标信号受到损失，使杂波谱展限幅会使杂波背景上的运动目标信号受到损失，使杂波谱展宽，加大杂波剩余，而且增加相消次数不能有效提高宽，加大杂波剩余，而且增加相消次数不能有效提高 I。高中频线性化：通过高中频线性化：通过AGC 实现大的动态范围；实现大的动态范围；增益控制增益控制要求快速且电压与杂波强度成比例，相继周期的增益变化要求快速且电压与杂波强度成比例，相继周期的增益变化是准确、已知的。是准确、已知的。储存杂波图来控制各个距离单元的中放增益。储存杂波图来控制各个距离单元的中放增益。8.6.2 多卜勒

14、滤波器组多卜勒滤波器组单个脉冲的单个脉冲的匹配滤波器匹配滤波器对相参脉冲串对相参脉冲串进行匹配滤波进行匹配滤波N个输出的横向滤波器（个输出的横向滤波器（N 个脉冲和个脉冲和 N-1 个延迟线），经个延迟线），经过个脉冲的不同加权并求和，可做成过个脉冲的不同加权并求和，可做成N 个相邻的窄带滤波个相邻的窄带滤波器组。覆盖范围器组。覆盖范围0 fr。信噪比提高：白噪声信噪比提高：白噪声N 倍；有色杂波，各个滤倍；有色杂波，各个滤波器输出端波器输出端 I 均有提高：越靠近杂波中心的滤均有提高：越靠近杂波中心的滤波器，改善程度越差；杂波谱越宽，改善程度波器，改善程度越差；杂波谱越宽，改善程度越差。越差

15、。通过改变特定滤波器的检测门限，对运动杂波通过改变特定滤波器的检测门限，对运动杂波亦可抑制。亦可抑制。2rdvfrvvcosrvv 图图 8.39 多卜勒频率测量多卜勒频率测量 窄带滤波器 f1频率计1频率计2频率计 N窄带滤波器 f2窄带滤波器 fNffd max01N输入0 fd max二次检波后，提取多普勒频率，测出目标速度。二次检波后，提取多普勒频率，测出目标速度。8.8.2 脉冲雷达测速脉冲雷达测速 和连续波雷达测速不同之处在于和连续波雷达测速不同之处在于,取样工作后信号频谱取样工作后信号频谱和对应窄带滤波器的频响均是按雷达重复频率和对应窄带滤波器的频响均是按雷达重复频率fr,周期地

16、重复出周期地重复出现现,因而将引起测速模糊。为保证不模糊测速因而将引起测速模糊。为保证不模糊测速,原则上应满足：原则上应满足：rdff21max式中，式中，fdmax为目标回波的最大多卜勒频移为目标回波的最大多卜勒频移,即选择重复频率即选择重复频率fr足够大足够大,才能保证不模糊测速。因此在测速时才能保证不模糊测速。因此在测速时,窄带滤波器的数窄带滤波器的数目目N通常比用于检测的通常比用于检测的MTD所需滤波器数目要多。所需滤波器数目要多。有时雷达重复频率的选择不能满足不模糊测速的要求有时雷达重复频率的选择不能满足不模糊测速的要求,即由窄带滤波器输出的数据是模糊速度值。即由窄带滤波器输出的数据是模糊速度值。要得到真实的速度要得到真实的速度值值,就应在数据处理机中有相应的解速度模糊措施。解速度模就应在数据处理机中有相应的解速度模糊措施。解速度模糊和解距离模糊的原理和方法是相同的。糊和解距离模糊的原理和方法是相同的。