動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)器ppt課件

1、動(dòng)目的檢測(cè)器動(dòng)目的檢測(cè)器MTD1. MTD的原理的原理 1) 有色噪聲中最正確接納實(shí)際有色噪聲中最正確接納實(shí)際)()()()()(1)()()()(21*HHSCNCNSH其中，其中，)(2H)(1H白化濾波器白化濾波器與信號(hào)匹配濾波器與信號(hào)匹配濾波器H1()H2()CFARH()2) 白化濾波器的實(shí)現(xiàn)白化濾波器的實(shí)現(xiàn) 白化濾波器頻率特性應(yīng)為有色雜波加噪聲譜的倒白化濾波器頻率特性應(yīng)為有色雜波加噪聲譜的倒數(shù)，在實(shí)現(xiàn)上有幾種近似方法：數(shù)，在實(shí)現(xiàn)上有幾種近似方法：A) MTI 對(duì)地雜波近似白化對(duì)地雜波近似白化B) 速度自順應(yīng)速度自順應(yīng) MTI，對(duì)運(yùn)動(dòng)雜波近似白化，對(duì)運(yùn)動(dòng)雜波近似白化C) MTI +

2、速度自順應(yīng)速度自順應(yīng) MTI，對(duì)地雜波和運(yùn)動(dòng)雜，對(duì)地雜波和運(yùn)動(dòng)雜波同時(shí)實(shí)現(xiàn)近似白化波同時(shí)實(shí)現(xiàn)近似白化D) 最大熵譜估計(jì)最大熵譜估計(jì) AMTI，理想白化，理想白化3) 匹配濾波器匹配濾波器 目的目的 fd 從從 0fr 均勻分布，所以設(shè)置多普勒濾波器組均勻分布，所以設(shè)置多普勒濾波器組來近似實(shí)現(xiàn)匹配濾波；可用來近似實(shí)現(xiàn)匹配濾波；可用 FIR 或或 FFT 來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。輸出濾波器frffd目標(biāo)4) 頻域頻域CFAR和選大和選大 在每一多普勒濾波器通道輸出設(shè)置在每一多普勒濾波器通道輸出設(shè)置CFAR電路；各通電路；各通道過道過 CFAR 門限的信號(hào)相互比大，取最大值作為門限的信號(hào)相互比大，取最大值作

3、為 MTD 輸出值輸出值F1F2FNCFAR選大CFARCFAR.2. 成組處置成組處置MTDBMTD一一. CPI： 天線掃過一個(gè)點(diǎn)目的時(shí)在方位上的相繼回波數(shù)，稱為天線掃過一個(gè)點(diǎn)目的時(shí)在方位上的相繼回波數(shù)，稱為擊中數(shù)擊中數(shù) H。CPI 相參處置間隔是相參處置間隔是BMTD中組的大小。假設(shè)一中組的大小。假設(shè)一個(gè)個(gè)CPI內(nèi)的回波數(shù)為內(nèi)的回波數(shù)為 m，應(yīng)保證：，應(yīng)保證：nHm 這里這里整數(shù)整數(shù)2n所以所以 BMTD 的定義為：將一個(gè)的定義為：將一個(gè) CPI 中的回波結(jié)合為一中的回波結(jié)合為一組，來進(jìn)展組，來進(jìn)展 MTD 處置。處置。波束中的回波應(yīng)分為波束中的回波應(yīng)分為 2 個(gè)個(gè)CPI，才干保證至少一

4、個(gè)，才干保證至少一個(gè)CPI中包含了全部目的信息，否那么會(huì)導(dǎo)致中包含了全部目的信息，否那么會(huì)導(dǎo)致 S/N 下降，降低下降，降低檢測(cè)性能。檢測(cè)性能。例：擊中數(shù)例：擊中數(shù) H32 時(shí)，時(shí)， m16 (個(gè)個(gè))， 這是最大值這是最大值 CPI2CPI1目標(biāo)二二. 乒乓存儲(chǔ)器：乒乓存儲(chǔ)器： 為了實(shí)時(shí)進(jìn)展成組處置，必需首先將一個(gè)為了實(shí)時(shí)進(jìn)展成組處置，必需首先將一個(gè) CPI 中的全中的全部回波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，當(dāng)該部回波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，當(dāng)該 CPI 數(shù)據(jù)全部存完后乒數(shù)據(jù)全部存完后乒存儲(chǔ)器存滿后，那么取出來沿間隔間隔順序處置，與存儲(chǔ)器存滿后，那么取出來沿間隔間隔順序處置，與此同時(shí)，對(duì)下一個(gè)此同時(shí)，對(duì)下一個(gè) CPI 的

5、回波數(shù)據(jù)進(jìn)展存儲(chǔ)存入乓的回波數(shù)據(jù)進(jìn)展存儲(chǔ)存入乓存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器乒乓存儲(chǔ)器容量：乒乓存儲(chǔ)器容量：設(shè)：設(shè)：CPI = m 間隔間隔間隔間隔 = n A/D字長(zhǎng)字長(zhǎng) b bits那么：那么：Z = 2 m n b 2 = 4mnb |乒乓乒乓 |I, Q乒存儲(chǔ)器乓存儲(chǔ)器例：例：CPI = 64 = m n = 1024 b = 12 bits那么：那么：Z = 464102412 = 384 Kbytes三三. 多普勒濾波器組：多普勒濾波器組： (1) 階數(shù)：階數(shù)： 多普勒濾波器組階數(shù)為多普勒濾波器組階數(shù)為M，那么，那么Mm預(yù)白化預(yù)白化 MTI 階數(shù)階數(shù)1 例：例： 當(dāng)當(dāng) m18，MTI 為為3脈沖脈沖

6、3階時(shí)，階時(shí)，那么那么 M18216階階 2多普勒濾波器組的實(shí)現(xiàn)方法1. FFT算法：當(dāng) M=2TT整數(shù)時(shí)，可用基 2FFT，并采用加權(quán)來減小旁瓣，降低雜波經(jīng)過旁瓣的走漏，提高改善因子。普通采用：Hamming 或 Chebyshev 加權(quán)效果較好。 加權(quán) FFT 濾波器組的FFT實(shí)現(xiàn)xi優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算量少，設(shè)備簡(jiǎn)單； 運(yùn)算量為： 次蝶形運(yùn)算。 采用周圍蝶形算法，故乘法次數(shù)為例：M=16，乘法次數(shù)為 次乘加。缺陷：每個(gè)濾波器外形完全一致，不靈敏。MM2log2MM2log2412832416log216422. FIR算法a) 權(quán)系數(shù)設(shè)計(jì)：窗函數(shù)法 恣意窗函數(shù) Remez多重變換算法旁瓣約束等波紋

7、設(shè)計(jì)法 權(quán)系數(shù) hi(n), ( i=1,2,M), (n=1,2,M)b) 詳細(xì)算法： , i=1,2,M 這里 和 為復(fù)數(shù)， 于是有： i1,2,MMnininMhxy1) 1(iynxiQiIijyyyMniInQiQnIiQMniQnQiInIiInMhxnMhxynMhxnMhxy11) 1() 1() 1() 1(c) FIR 濾波器組運(yùn)算量4 M2例：M = 16，那么 4(16)2 = 1024 (復(fù)乘)優(yōu)點(diǎn)：靈敏，性能好缺陷：運(yùn)算量大，復(fù)雜3. MTD 系統(tǒng)的改善因子一. 最正確多普勒濾波器組構(gòu)成的 MTD 系統(tǒng)的改善因子 所謂最正確多普勒濾波器組，即每個(gè)濾波器的權(quán)函數(shù) Wi

8、 都是最優(yōu)權(quán)函數(shù)。這里最優(yōu)是相對(duì)于一定的雜波模型和信號(hào)假設(shè)而言的。1. CPI 中M個(gè)信號(hào)回波可用一復(fù)矢量表示：Ps為每個(gè)信號(hào)回波的功率，這里假設(shè)天線波瓣外形為矩形，所以每個(gè)Ps相等。為信號(hào)的隨機(jī)相位。 ，是脈沖脈沖間的相移rdTf2)exp(),.,2exp(),exp()exp()(jMjjjPfSsTd2. 雜波回波是：這里：是雜波功率3. 熱噪聲：這里：為噪聲功率4. 總輸入為：這里假設(shè) s,c,n 為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的MTCCCC,.,212icCEP MTnnnn,.,212iNnEP nCfSXd)(nCSiXPPPXEP25. 改善因子：輸入信干比為：ncsinPPPSIR)(令多普勒

9、濾波器組有復(fù)加權(quán) ， wi 為每一個(gè)濾波器通道的權(quán)值那么濾波器的輸出為：WNTwwwW,.,21*WXYT相應(yīng)的輸出功率為：其中， 代表輸入回波的協(xié)方差矩陣，用 表示因S，C，n相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立*2)()(WXXEWWXWXEYEPTTTTTYTXXE*XRnnCCdSSXRPRPfRPR)(這里， 歸一化信號(hào)協(xié)方差陣 歸一化雜波協(xié)方差陣中的第i，j位置的元素可由雜波相關(guān)函數(shù) 決議 (單位陣)，歸一化噪聲協(xié)方差陣TddsdsfSfSEPfR)()(1)(*TccCCEPR*1InnEPRTnn*1cR)(c具有復(fù)加權(quán) 的多普勒濾波器的噪聲增益為當(dāng)信號(hào)的 從 均勻分布時(shí)，信號(hào)平均增益輸出信干比為：W

10、NiiTnnTnnnWWWPWIPWPPGi12*0dfPRF0NiinsWGG12nncTcdsTsncsoutGPWRWPWfRWPPPPSIR*)()(000那么改善因子：*)()()()()()(WIPRPWPPWWWWWfRWWIPRPWPPWfRWfInccTncTTdsTnccTncdsTdSIR信號(hào)功率增益輸入(雜波噪聲)功率輸出(雜波噪聲)功率為信號(hào)功率增益對(duì)噪聲功率增益之比，即為相關(guān)積累增益MTIcdSIRIGfI)(*)(WWWfRWGTdsTc*)()(WIPRPWPPWWInccTncTMTI為歸一化的干擾抑制比，即干擾抑制比乘噪聲增益。這相當(dāng)于前面講過的平均改善因子

11、?？梢奙TD可以看成白化濾波器具有平均改善因子IMTI和相關(guān)積累器多普勒濾波器組的級(jí)聯(lián)。白化濾波IMTI多普勒濾波器組GC由文獻(xiàn)知，最正確 應(yīng)為：OPTW*1)()(dnccdOPTfSIPRPfW干擾協(xié)方差陣的逆信號(hào)的復(fù)共軛具有最正確加權(quán)的MTD就是有色噪聲中的最正確檢測(cè)器。由于 和 都是 的函數(shù)，當(dāng) 在 中均勻分布時(shí)，該最正確處置器的平均改善因子為：dfdSIRrSIRdffIfIr0)(1)(dOPTfW)(dSIRfIdfdfPRF0例：雜波譜為高斯形 可用數(shù)值計(jì)算出不同 和 N 時(shí)的 cddcfkff2exp)(2cSIRISIRrcSIRrcINfdBINf11. 0559,09.

12、 023469167.514182532.540SIRIrcf864N=2當(dāng)： 時(shí)二. 理想白化濾波器級(jí)聯(lián)濾波器組的改善因子白化濾波器Hw(f)濾波器組令雜波功率譜為 Sc(f)，那么理想 Hw(f) 應(yīng)為 Sc(f) 的倒譜21)(1)(fSfHcw211)(1)(fSrepfHcTw或：這里： Sc(f) 是雜波功率譜 (采樣前，f 是從 內(nèi)擴(kuò)展的)相當(dāng)于把雜波功率折疊到 內(nèi)0PRF0jCCTTjfSfSrep)()(1PRFTPRFf10，j 取整數(shù)iinnCCAVPPPPC00白化濾波器平均歸一化對(duì)消比：雜波抑制比噪聲增益又：令那么：dffSdffSrepPcPRFcTCi)()(01

13、PRFdffHfSrepPPRFwcTC021)()(0PRFcTndffSrepP01)(10, 1inPPRFcTcAVdffSrepdffSTC01)(1)(后接濾波器組在理想情況下為一相關(guān)積累器即矩形窗加權(quán)，且目的 fd 正益處于某濾波器通代中央，相關(guān)積累增益為：所以系統(tǒng)改善因子：例：雜波功率譜 計(jì)算列表如下： c T 0.070.040.20 CAV(dB)85.261.033.519.411.62.8 而這是系統(tǒng)改善因子上界；當(dāng)非矩形窗加權(quán)時(shí)會(huì)有 S/N 損失，當(dāng) fd 不處于濾波器中央時(shí)，應(yīng)算平均相參積累增益，也會(huì)有損失。NGc10log10AVCSIRC

14、GImax)()(log10)()(10maxdBNdBCIAVSIR222exp21)(cccffS三. 實(shí)踐 MTD 系統(tǒng)的改善因子非理想白化非矩形窗加權(quán)實(shí)踐系統(tǒng)為一個(gè) 2 脈沖或 3 脈沖 MTI 級(jí)聯(lián)加權(quán)濾波器組。令：對(duì)消器傳送函數(shù)和第 i 個(gè)濾波器傳送函數(shù)的合成為：對(duì)而言，歸一化對(duì)消比為：實(shí)踐 ISIR 305. 滑動(dòng) MTD SMTD為了提高 MTD 處置的方位精度，可采用滑動(dòng)MTD。一. 原理：在方位上每滑過一個(gè)脈沖，做一次 M 點(diǎn)的MTD，新進(jìn)入一個(gè)信號(hào)，丟掉一個(gè)老信號(hào)，又進(jìn)展一次 M 點(diǎn) MTD。因此每次 MTD處置中均只需一個(gè)新信息，M1 個(gè)老信息。SMTD處置中，可獲得與

15、天線波束內(nèi)的擊中數(shù)相等的報(bào)告數(shù)，從而可采用質(zhì)心法等方法來提高 MTD 的方位精度。SMTD最大的難點(diǎn)是運(yùn)算量相對(duì)于BMTD添加了M倍。所以必需尋求減少運(yùn)算量的新方法。.老信息(M-1) 個(gè)信息新信息傳統(tǒng)單滑動(dòng)處置的 MTD 構(gòu)造圖中，N 為窗長(zhǎng)也是濾波器組的個(gè)數(shù)，每滑進(jìn)、滑出一個(gè)脈沖要完成 N 個(gè)濾波器運(yùn)算，N 次恒虛警處置，和 N 個(gè)通道的門限比較以及選大輸出，運(yùn)算量龐大。X0.XN-1X1.XNX2.XN+1XN+1.X2N1 2N.1 2N.N 選 1Y01 2N.1 2N.N 選 1Y11 2N.1 2N.N 選 1Y21 2N.1 2N.N 選 1YN+1.輸入濾波器恒虛警選大輸出步

16、驟012N+1.這種處置有兩個(gè)冗余度：1) 每一步處置 N 個(gè)濾波器中有 N1 個(gè)濾波器結(jié)果并不輸出，即只需目的通道輸出。但目的多普勒頻率在一次掃描波束范圍內(nèi)是不會(huì)發(fā)生太大變化的?？梢詾樗幹玫臑V波器通道不變。由此可得出在整個(gè)波束范圍內(nèi)只作一次目的通道判決。每判一次后，可作多次滑動(dòng)處置，且每次滑動(dòng)處置只處置目的所在的多普勒濾波通道即可。從而可以大大節(jié)省運(yùn)算量。2) 相鄰兩次處置的 N 個(gè)數(shù)據(jù)中，有 N1 個(gè)數(shù)據(jù)完全一樣。所以相鄰兩次 FFT 處置之間可導(dǎo)出一種滑動(dòng)遞推算法，提高滑動(dòng) FFT 處置的效率。二. 成組判別和滑動(dòng)處置相結(jié)合的 SMTD 1) 成組判別：在波束范圍內(nèi)僅做一次目的通道判決

17、 2) 滑動(dòng)處置：僅對(duì)有目的的通道進(jìn)展單濾波器的滑動(dòng)處置 因此，新的構(gòu)造如以下圖所示：X0.XN-11 2N.1 2N.N 選 1通道號(hào)K0輸入濾波器恒虛警選大輸出滑動(dòng)步驟01.判斷步驟XS.XS+N-1XS和XS+NXSM-2和XS+N+M-2.K0K0Y0,0K0K0Y0,1K0K0Y0,M-1.0,00,10,M-1XM.XM+N-11 2N.1 2N.N 選 1通道號(hào)K1XM+S.XM+S+N-1K1K11,0Y1,0.= 在波束范圍內(nèi)，由于僅做一次目的通道判決，所以只做一次FFT或?yàn)V波器組，一次 N 通道恒虛警，和一次 N 選 1判別即可。= 如成組判別后，判目的通道為 K0 ；那么

18、在整個(gè)波束范圍內(nèi)的滑動(dòng)處置時(shí)，每次滑動(dòng)后僅作 K0 通道的濾波、恒虛警即可，從而大大節(jié)省了運(yùn)算量。此外各相鄰兩次單滑動(dòng)處置間有極強(qiáng)的相關(guān)性因有 N1 個(gè)數(shù)據(jù)一樣，所以前次濾波的某些結(jié)果可直接送入下次濾波處置中，進(jìn)一步減少了單濾波器處置的運(yùn)算量。成組判別和滑動(dòng)處置相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方框圖:輸入延時(shí)K通道濾波求模K通道恒虛警門限比較多路選擇器濾波器1濾波器2濾波器N求模求模求模均值恒虛警1恒虛警2恒虛警N輸出判目標(biāo)通道均值均值.K通道均值通道號(hào)K門限三. 滑動(dòng)處置的快速遞推算法 令用 N 點(diǎn) DFT 完成窄帶濾波器，目的處于 K 通道，延續(xù) N 個(gè)輸出可表示為：100)()(NnnkNWnxkXNnkn

19、NWnxkX1)1(1)()(12)2(2)()(NnknNWnxkX221)1(1)()(NNnkNnNNWnxkX(1)(2)(3)(4)N 為相關(guān)點(diǎn)數(shù)， ；)2exp(NjWN由 (2) 式乘以 再減去 (1) 式得：kNW)0()()()(01xNxkXkXWkN) 1 () 1()()(122xNxWkXWkXWkNkNkN)2()22()()()2(2)2(1)1(NxNxWkXWkXWkNNNkNNNkNN同樣，由 (3) 式乘以 再減去 (2) 式得：kNW依此類推，有：上式可寫成普通表達(dá)式：) 1() 1()()()1(1)1(mxmNxWkXWkXWkmNmkmNmmkNm=1,2,N-1(5)由于后續(xù)均值估計(jì)和恒虛警處置只關(guān)懷信號(hào)模值，可丟棄信號(hào)相位分量。令：故有：可見，僅對(duì)模值而言，得到 和 是等效的一