MTIMTD 多普勒處理課件

1、+定義： +多普勒處理指的是對接收到的某一個固定 距離單元、一段時間內(nèi)的（對應(yīng)于幾個脈 沖）的信號進(jìn)行濾波或譜分析處理 +一般來說，來自于一個距離單元的慢時間 信號包含噪聲、雜波以及一個或多個目標(biāo) 信號。 +多普勒是周期的，其周期等于脈沖重復(fù)頻 率（PRF） +雜波區(qū)：以雜波為主 要干擾 +清潔區(qū)：以噪聲為主 要干擾 +過度區(qū)：噪聲和雜波 都是主要的干擾 靜止的目標(biāo)會出現(xiàn)在零多普勒頻率比處，而運(yùn)動目標(biāo)則會出現(xiàn)在譜的任何位置， 這取決于他們相對于雷達(dá)的徑向速度。 +雜波、目標(biāo)和噪聲的相對幅度的關(guān)系： 目標(biāo)信號幅度高出噪聲電平（信噪比1）； 目標(biāo)信號幅度低于雜波幅度（信雜比1） +多普勒處理用來在

2、多普勒域分離開目標(biāo)和雜 波信號，雜波信號可以被直接濾除掉，保 留下來的目標(biāo)信號便成為最強(qiáng)的信號。 運(yùn)動目標(biāo)指示（運(yùn)動目標(biāo)指示（MTI） +運(yùn)動目標(biāo)指示指的是完全 在時域?qū)β龝r間信號進(jìn)行 處理的情況。MTI處理需 要較低的運(yùn)算量，但只能 獲得有限的信息。 脈沖多普勒處理（脈沖多普勒處理（MTD) +脈沖多普勒處理指的是在 多普勒域?qū)π盘栠M(jìn)行處理。 MTD要求較大的運(yùn)算量， 但能獲得更多的信息和更 高的信干比（SIR) +整個雜波的多普勒譜都有 了偏移，偏移量為地面相 對于雷達(dá)的標(biāo)稱多普勒頻 率。即： +主瓣展寬為： +其中 為雷達(dá)視線的矢 量和平臺速度矢量之間的 夾角， 為用rad表示的天 線波

3、束寬度。 運(yùn)動雷達(dá)平臺的多普勒譜 +主瓣雜波（MLC)旁瓣雜波（slc）和高度線 （AL）變得非常明顯 +旁瓣雜波：天線的旁瓣發(fā)射脈沖和接收的 雜波回波 +高度線雜波：徑直向下的指向地面的天線 旁瓣發(fā)射能量和接收的地面回波。因此高 度線雜波所指向地面的 徑向速度為0，因此 對應(yīng)的多普勒頻率為0，并且與平臺速度或 雷達(dá)的觀測方向無關(guān)。 +高度線雜波： 雖然是由天線的旁瓣接收和發(fā)射的，但由于其相對較短的 垂線距離和垂直入射的大多數(shù)雜波的高反射率，高度線雜 波仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的能量。 +旁瓣雜波 旁瓣雜波不會出現(xiàn)在靜止雷達(dá)中，這是由于其來自旁瓣的 地面回波的多普勒頻率為0，因此他成為主瓣雜波的一部 分。

4、高度線雜波也總是出現(xiàn)在零多普勒頻率處，因此也與 主瓣雜波混在一起不可分辨，直到運(yùn)動平臺使得主瓣雜波 搬移到多普勒的其他不同部分。 +在許多的系統(tǒng)中，雜波的標(biāo)稱多普勒頻率Fd（即雜波多普 勒中心）通常需要估計(jì)出來，然后再利用序列 對慢時間序列進(jìn)行調(diào)制預(yù)處理，然后把雜波譜中心搬移到 零多普勒頻率處。 +其中有一個目標(biāo)折疊進(jìn)入雜波區(qū)，另外的兩個目標(biāo)只是與 噪聲進(jìn)行競爭。 +注意： +1.前面討論的多普勒譜特征不一定全部出現(xiàn)在同一個距離 單元內(nèi) +2.高度線雜波一般出現(xiàn)在近距離單元內(nèi)，這是由于雷達(dá)到 地面的垂線距離相對較短 +3.主瓣雜波會散步在多個距離單元內(nèi)，并且取決于雷達(dá)的 觀測方向 +4.旁瓣雜

5、波會占據(jù)較多的距離單元，雜波特性隨距離變化 劇烈。 +二維數(shù)據(jù)矩陣中的每一列 都對應(yīng)與一個脈沖回波的 連續(xù)采樣，即連續(xù)的距離 門或快時間。 +對每一行進(jìn)行采樣成為慢 時間或脈沖數(shù)維。 +快時間或距離維的采樣率 至少為發(fā)射脈沖的帶寬 +慢時間或數(shù)據(jù)維數(shù)的采樣 按雷達(dá)的脈沖重復(fù)間隔進(jìn) 行采樣。 對于每個天線，相位中心都接收一個類似的數(shù)據(jù)矩陣。 MTI處理器是對慢時間數(shù)據(jù)序列進(jìn)行一 個線性濾波處理，以抑制數(shù)據(jù)中的雜波 分量。上圖描繪了MTI的處理過程。 MTI處理所需要的濾波器可以由上圖 來表示。假定已經(jīng)利用平臺的運(yùn)動和 場景的幾何信息吧雜波多普勒中心搬 移到零多普勒頻率處。 顯然，高通濾波器可以衰

6、減雜波，而 沒有濾掉位于多普勒清潔區(qū)中的運(yùn)動 目標(biāo)。 +經(jīng)過高通MTI濾波器的輸出成為一個新的慢時間信號，它 包含噪聲以及可能存在的一個或多個運(yùn)動目標(biāo)。再經(jīng)過一 個門限檢測器，就可以表明目標(biāo)的存在。 +但是MTI處理只能給出目標(biāo)是否存在的判決信息，即它能 表明目標(biāo)的存在，但不能確定目標(biāo)是朝向還是背向雷達(dá)運(yùn) 動，或以多大的徑向速度運(yùn)動。 +Mti處理非常的簡單、運(yùn)算量較低。盡管處理形式簡單， 但經(jīng)過一個精心設(shè)計(jì)的MTI處理器還是能夠把信雜比（SCR） 改變幾分貝或者20分貝。對于某些雜波環(huán)境。甚至改善的 更多 Ym是一個離散的時間序列，其有效采樣 時間間隔T等于脈沖重復(fù)間隔。 此有線沖擊響應(yīng)為

7、， 把 帶入傳遞函數(shù)中，得到以模擬 頻率F為變量的頻率響應(yīng)函數(shù) 所以得到二脈沖MTI對消器的頻率響應(yīng) 模擬頻率F的范圍為-1/2T1/2T,f的范圍為 -0.50.5 +所有的離散時間濾波器，其頻率響 應(yīng)都是周期的，其周期為1（對于 歸一化的周期頻率f）或2pi（對于 歸一化的角頻率W）或1/T=PRF(對 于是實(shí)際的模擬頻率F) +二脈沖對消器是一個簡單的濾波器， 它的實(shí)現(xiàn)不需要乘法運(yùn)算，每一個 輸出采樣只需要一次減法運(yùn)算。是 一個很差的高通濾波器 +三脈沖對消器可以很好的改善零多 普勒附近的凹口寬度，但不能改善 非零處的多普勒頻率處的運(yùn)動目標(biāo) 的響應(yīng)。 +N脈沖對消器可以通過 級聯(lián)N-1個

8、二脈沖對消 器而獲得。N脈沖對消 器的傳遞函數(shù)為： 盡管結(jié)構(gòu)簡單，但對于中等到較高脈沖 間的相關(guān)性的雜波，二脈沖和三脈沖還 是非常有效地。二脈沖對消器的輸出功率 衰減了13.4db。三脈沖對消器的輸出功率 衰減了21.9db +既然MTI濾波的目的是為了改善信雜比，那么匹配濾波器 的概念可以用來設(shè)計(jì)MTI濾波器 使濾波輸出信干比最大化的濾波器的系數(shù)矢量h即為匹配濾 波器的權(quán)矢量。 考慮一個一階（N=2）的匹配濾波器。假定干擾wm包含功率 （方差）為 的零均值 平穩(wěn)白噪聲nm和功率為 的零均值平穩(wěn)色雜波cm.即： 2 n 2 c +由于噪聲和雜波為零均值且互不相關(guān)，而且噪聲為白色， 所以： +因此得到最優(yōu)二脈沖濾波器的權(quán)系數(shù)矢量為： 盲速會出現(xiàn)在距離