雷達(dá)原理與系統(tǒng)-雜波與雜波抑制

1雜波特征與雜波抑制雷達(dá)原理與系統(tǒng)2教學(xué)內(nèi)容概述雜波特征雜波抑制的性能指標(biāo)動目標(biāo)顯示(MovingTargetIndicator,MTI)動目標(biāo)檢測(MovingTargetDetection,MTD)脈沖多普勒（PD）雷達(dá)35.1：概述“雜波”（Clutter，原意為混亂、雜亂的狀態(tài)）表示自然環(huán)境中客觀存在的不需要的回波。雜波包括來自地面及地面人造物體和結(jié)構(gòu)（例如樓房、橋梁、公路、鐵路、車輛、高壓電纜塔、風(fēng)電設(shè)備等）、海洋、天氣(特別是雨)、鳥群以及昆蟲等的回波。由于地形的不同（農(nóng)地、林地、城市、沙漠等），或者海面的不同（海況、相對于雷達(dá)觀測角的風(fēng)向），雜波也會在相鄰區(qū)域上發(fā)生變化。通常雜波的功率比目標(biāo)回波強(qiáng)得多，容易產(chǎn)生假目標(biāo)信息，“擾亂了”雷達(dá)工作，使得雷達(dá)難以對目標(biāo)進(jìn)行有效的檢測。因此，雷達(dá)需要排除雜波信號。區(qū)分運(yùn)動目標(biāo)和固定雜波的基礎(chǔ)是它們在速度上的差別。抑制雜波的機(jī)理是利用目標(biāo)回波和雜波相對雷達(dá)運(yùn)動速度不同而引起的多普勒差異，常用方法是動目標(biāo)顯示(MovingTargetIndicator,MTI)和動目標(biāo)檢測(MovingTargetDetection,MTD)。為了減少雷達(dá)回波中的雜波分量，對雷達(dá)采取的措施主要有：(1)增加天線的架設(shè)高度（例如安裝在高山上）、增加雷達(dá)天線的傾角、安裝防雜波網(wǎng)來阻止雜波進(jìn)入天線；(2)調(diào)整雷達(dá)天線的波束形式、提高信號帶寬，降低雷達(dá)的分辨單元大小，從而減小雜波的功率；(3)在時(shí)域采用CFAR檢測、雜波圖檢測，減小雜波的影響；(4)在頻域應(yīng)用MTI、MTD、AMTI/AMTD技術(shù)，抑制雜波的功率，提高信雜比；(5)地面雷達(dá)在低重頻工作時(shí)，在接收機(jī)內(nèi)采用STC抑制近程雜波（但是中、高重頻時(shí)不能采用這種方法）；(6)機(jī)載雷達(dá)，盡量降低副瓣電平，減少副瓣雜波功率。雜波

&噪聲：噪聲在脈沖到脈沖之間是獨(dú)立的雜波從脈沖到脈沖之間不是去相關(guān)的，內(nèi)部運(yùn)動去相關(guān)時(shí)間長5.1：概述定義：除感興趣的目標(biāo)以外的其它物體的雷達(dá)散射回波，它會干擾雷達(dá)的正常工作。類型：主瓣雜波和旁瓣雜波

1）面雜波（區(qū)域雜波）：地面、海面

2）體雜波：昆蟲、飛鳥、人造飛行器等

3）氣象雜波：雨、雪、雹等注意：1）每個(gè)雜波單元的幅度和相位都是隨機(jī)的

2）雜波強(qiáng)度遠(yuǎn)大于雷達(dá)的內(nèi)部噪聲（C>>N）

3）雷達(dá)在強(qiáng)雜波背景下檢測目標(biāo)的能力主要取決于信雜比SCR（信號與雜波的功率之比），而不是信噪比SNR在強(qiáng)雜波背景下，C>>N，SCR

SCNR55.2：雷達(dá)雜波5.2.1：雷達(dá)雜波雜波通常分為兩大類：面雜波和體雜波。雷達(dá)在強(qiáng)雜波背景下檢測目標(biāo)的能力主要取決于信雜比，而不是信噪比。

雜波功率也可以利用雜波散射截面積來表示。雜波的散射截面積定義為由雜波區(qū)(面積為Ac

)反射造成的等效散射截面積。雜波的平均RCS由下式給出：

(m2/m2)為雜波散射系數(shù)，表示單位面積內(nèi)雜波的等效散射截面積，為一個(gè)無量綱的標(biāo)量，以dB表示，單位：dBsm實(shí)際上，與雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)（波長、極化、照射區(qū)域）、表面的類型和粗糙度、照射方向（入射余角）等因素有關(guān)。對于地雜波，還與地表面地形、表面粗糙度、表層或覆蓋層（趨膚深度之內(nèi)）的復(fù)介電常數(shù)不均勻等地面實(shí)際參數(shù)有關(guān)；對于海雜波，還與風(fēng)速、風(fēng)向和海面蒸發(fā)等參數(shù)有關(guān)。若未強(qiáng)調(diào)，雜波一般從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，為主瓣雜波75.2.1.1：面雜波

面雜波包括地雜波和海雜波，又常稱為區(qū)域雜波。影響雷達(dá)雜波散射系數(shù)的因素主要有：擦地角、表面粗糙度及其散射特性、雷達(dá)波長。擦地角是地表與波束中心之間的夾角，

一般來說，波長越短，雜波散射系數(shù)越大。與擦地角有關(guān)。根據(jù)擦地角的大小分為三個(gè)區(qū)域：低擦地角區(qū)、平坦區(qū)和高擦地角區(qū)。8

圖5.2描述了與擦地角的關(guān)系示意圖低擦地角區(qū)（干涉區(qū)），其范圍從0到臨界角附近。在低擦地角的區(qū)域雜波一般稱為漫散射雜波，在此區(qū)域的雷達(dá)波束內(nèi)有大量的雜波回波(非相干反射)平坦區(qū)（平直區(qū)），雜波變化基本是緩慢的，以非相干散射為主。高擦地角區(qū)（準(zhǔn)鏡面反射區(qū)），以相干的鏡向反射為主，散射系數(shù)隨擦地角增大而快速增大。臨界角由瑞利定義為這樣的一個(gè)角度：低于此角的表面被認(rèn)為是光滑的；高于此角的表面即可認(rèn)為是粗糙的。5.2.1.1：面雜波95.2.1.1：面雜波地雜波在接近垂直入射時(shí)會變得特別強(qiáng)頻段地形VHFUHFLSX城市

20.9

16.0

12.6

10.1

10.8山區(qū)

7.6

10.6

17.5

21.4

21.6森林高起伏，地形坡度>2

高下俯角(>1

)

10.5

16.1

18.2

23.6

19.9低下俯角(

0.2

)

19.5

16.8

22.6

24.6

25.0低起伏，地形坡度>2

高下俯角(>1

)

14.2

15.7

20.8

29.3

26.5下俯角0.4

~1

26.2

29.2

28.6

32.1

29.7低下俯角(

0.2

)

43.6

44.1

41.4

38.9

35.4農(nóng)田高起伏，地形坡度>2

32.4

27.3

26.9

34.8

28.8中度起伏，1

<地形坡度<2

27.5

30.9

28.1

32.5

28.4很低起伏，地形坡度<1

56.0

41.1

31.6

30.9

31.5沙漠、灌木和草地高下俯角(>1

)

38.2

39.4

39.6

37.9

25.6低下俯角(

0.3

)

66.8

74.0

68.6

54.4

42.0不同地形和頻段下地雜波反射系數(shù)的中值（單位：dB）11

圖5.3粗糙表面的定義設(shè)表面高度起伏的均方根值為,根據(jù)瑞利準(zhǔn)則，當(dāng)滿足下式：可認(rèn)為表面是平坦的。假設(shè)電磁波入射到粗糙表面時(shí)，由于表面高度的起伏(表面粗糙度)，“粗糙”路徑的距離要比“平坦”路徑長這種路徑上的差異轉(zhuǎn)化成相位差

當(dāng)（第一個(gè)零點(diǎn))，臨界角可以計(jì)算為：125.2.1.2

：機(jī)載雷達(dá)區(qū)域雜波的雷達(dá)方程

圖5.4機(jī)載雷達(dá)下視模式的主波束雜波區(qū)

圖5.5輻射區(qū)的概念

由圖5.5知，雜波區(qū)域的面積

雷達(dá)從該雜波區(qū)接收到的雜波功率:而從該區(qū)域接收到一個(gè)RCS為

t的目標(biāo)的回波功率為:該距離單元的信雜比為：13

[例5-1]考慮如圖5.4所示的機(jī)載雷達(dá)。假設(shè)天線3dB波束寬度為0.02rad，脈沖寬度為2

s，目標(biāo)距離為20km，斜視角為20°，目標(biāo)RCS為1m2

，假設(shè)雜波反射系數(shù)m2/m2。計(jì)算信雜比SCR。解：因此，為了可靠地檢測目標(biāo)，雷達(dá)應(yīng)該增加其SCR至少到(32+X)dB，其中X值一般為13dB至15dB，或者更高的量級?？梢?，SCR需要提高145.2.1.2：地基雷達(dá)區(qū)域雜波的雷達(dá)方程

圖5.6地基雷達(dá)雜波幾何關(guān)系圖圖5.7地基雷達(dá)雜波幾何圖(側(cè)視圖和下視圖)地面雷達(dá)的雜波包括從主瓣和旁瓣進(jìn)入的雜波，RCS的計(jì)算可描述為：是主瓣雜波RCS，是旁瓣雜波15由圖5.7可以導(dǎo)出如下關(guān)系：

R是雷達(dá)距離分辨率，斜距R在地面的投影為：從而主瓣和旁瓣對應(yīng)的雜波區(qū)的面積為：設(shè)雷達(dá)天線波束方向圖函數(shù)為高斯型，即：此時(shí)主瓣雜波和旁瓣雜波的RCS分別為：

為天線旁瓣電平的均方根值。在距離為R處的目標(biāo)，雷達(dá)SNR為：雷達(dá)的雜噪比CNR為：16

[例5-2]MATLAB函數(shù)“clutter_rcs.m”：畫出雜波RCS和CNR與雷達(dá)斜距之間的關(guān)系圖，其輸出包括雜波RCS(dBsm)和CNR(dB)。[sigmaC,CNR]=clutter_rcs(sigma0,thetaE,thetaA,SL,range,hr,ht,pt,f0,b,t0,F,L,ant_id)符號描述單位狀態(tài)圖中參數(shù)設(shè)置sigma0

雜波后向散射系數(shù)dB

輸入

-20ThetaE

俯仰維波束寬度度輸入2ThetaA

方位維波束寬度度輸入1SL

天線旁瓣電平dB

輸入-20range距離單值或者向量Km輸入linspace(2,50,100)hr

雷達(dá)高度m輸入3ht目標(biāo)高度m輸入1017

pt雷達(dá)峰值功率

kW

輸入75f0雷達(dá)工作頻率

Hz

輸入5.6e9b帶寬

Hz

輸入1e6

t0有效噪聲溫度K輸入290

F噪聲系數(shù)

dB輸入6

L雷達(dá)損耗

dB輸入10ant_id

1為sinc型；2為高斯型

無輸入1

sigmaC

雜波RCSdB輸入

CNR

雜噪比dB輸入18注意，在對應(yīng)于主瓣與第一旁瓣間零點(diǎn)的擦地角，在非常近的距離會在雜波RCS上產(chǎn)生凹陷(dip)。圖5.8雜波RCS和CNR與斜距的關(guān)系圖(a)雜波的RCS與斜距的關(guān)系

(b)CNR與斜距的關(guān)系[sigmaC,CNR]=clutter_rcs(-20,2,1,-20,linspace(2,50,100),3,100,75,5.6e9,...1e6,290,6,10,1);若雷達(dá)以接近垂直的入射角（大掠射角）觀測表面雜波，雷達(dá)觀察的雜波面積是由兩個(gè)主平面的天線波束寬度決定的。這時(shí)雜波區(qū)域的面積為因子

/4代表照射面積的橢圓形狀雜波功率5.2.1.1：地雜波雜波功率與距離的平方成反比。這個(gè)方程適用于雷達(dá)高度計(jì)或作為散射儀的遙感雷達(dá)接收的地面回波信號功率。地雜波的應(yīng)用場合主要有：（1）雷達(dá)對空探測時(shí)，地雜波回波一般比飛機(jī)回波強(qiáng)50~60dB，通常采用MTI或MTD來抑制地雜波，需要從強(qiáng)雜波中檢測運(yùn)動目標(biāo)。（2）地面上動目標(biāo)的檢測。通過多普勒處理，可將車輛、行人與雜波區(qū)分開。（3）高度計(jì)。測量飛機(jī)或飛船的高度時(shí)，地面或海面產(chǎn)生的強(qiáng)回波是有用的，“雜波”就是目標(biāo)。高度計(jì)在導(dǎo)彈制導(dǎo)和遙測中也用于“地圖匹配”。（4）合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像，在遙測中地雜波用于提取地表特征。海雜波的后向散射系數(shù)與海況、風(fēng)速、波束相對于風(fēng)向和波浪的觀測角、入射余角、工作頻率、極化方式等因素有關(guān)。不同掠射角下海雜波反射系數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果不同風(fēng)速下海雜波的平均反射系數(shù)（2）影響海雜波的參數(shù)與地雜波的散射特性相比，海雜波的散射特性與其特殊性，不僅會因海情的不同表現(xiàn)出不同的散射系數(shù)，而且海浪是運(yùn)動的，即使對于固定的雷達(dá)平臺，海雜波也會表現(xiàn)出多普勒展寬，而且成片海雜波散射單元之間的相關(guān)性也比地雜波強(qiáng)。211節(jié)(kn)=0.5144m/s=1nmile/h(海里/小時(shí))，1nmile=1.852km海況等級風(fēng)速（節(jié)）浪

高描

述持續(xù)時(shí)間/風(fēng)浪區(qū)（小時(shí)/海里）英尺米00~200像鏡面般平靜的海面1（輕風(fēng)）2~70~1/30~0.1有小波紋的平靜的海面1/202（微風(fēng)）7~121/3~5/30.1~0.5有小浪的光滑的海面5/503（和風(fēng)）12~162~40.6~1.2有輕微浪的海面15/1004（大風(fēng)）16~194~81.2~2.4有中等浪的海面23/1505（強(qiáng)風(fēng)）19~238~132.4~4.0有大浪的海面25/2006（巨風(fēng)）23~3013~204.0~6.0有非常大的浪的海面27/3007（狂風(fēng)）30~4520~306.0~9.0有巨浪的海面30/500當(dāng)用高分辨率雷達(dá)觀測海面時(shí)，尤其是在較高的微波頻率（例如X波段），海雜波并不均勻，不能僅用

o

來描述。在高分辨率下雷達(dá)觀測的海面獨(dú)立回波是有尖峰的，稱為海尖峰。海尖峰是分散的，持續(xù)時(shí)間僅為幾秒鐘。它們在時(shí)間上不確定，空間上不均勻，其概率密度函數(shù)是非瑞利的。在較高的微波頻率及低掠射角下，海尖峰都是海雜波的主要成因。圖5.9為某雷達(dá)在1.5°掠射角時(shí)的海尖峰，在某些時(shí)刻，海尖峰的RCS接近10m2，持續(xù)時(shí)間為1秒到幾秒，當(dāng)使用傳統(tǒng)的基于高斯接收機(jī)噪聲檢測器時(shí)，容易產(chǎn)生虛警。5.2.1.2：海雜波5.2.1.3：體雜波體雜波具有較大的范圍，包括云雨、金屬箔條、鳥群和昆蟲等的散射回波。鳥、昆蟲及其他飛行生物的回波稱為仙波(angelclutter)或生物雜波(biologicalclutter)。體雜波散射系數(shù)

o通常用單位體積分辨單元內(nèi)的RCS平方米的dB數(shù)表示(單位：dBm2/m3)。雨滴可認(rèn)為是理想的小球?？捎美硐胄∏虻娜鹄剖絹砉烙?jì)雨滴的RCS。若不考慮傳播媒介的折射系數(shù)，雨滴的RCS的瑞利近似為f為以GHz為單位的雷達(dá)工作頻率，r是以mm/h為單位的降雨量，T為溫度溫度為18°C時(shí)單位體積內(nèi)雨的后向散射截面積

與波長和降雨量之間的關(guān)系曲線5.2.1.3：體雜波一個(gè)空間分辨單元的體積可以近似為雷達(dá)接收到的氣象雜波功率為因子

/4是考慮天線波束投影區(qū)域的橢圓形狀的修正項(xiàng)分辨單元Vw內(nèi)的總RCS氣象雜波的SCR255.2.2：雜波統(tǒng)計(jì)特性

由于分辨單元(或體積)內(nèi)的雜波是由大量具有隨機(jī)相位和幅度的散射體組成，因此通常用概率密度函數(shù)(pdf)來描述雜波的統(tǒng)計(jì)特性。

雜波模型有三種：機(jī)理模型、關(guān)系模型和分布模型。機(jī)理模型：從分析目標(biāo)散射特性的角度，將地面散射單元分割成若干散射特性已知的簡單幾何散射體，利用幾何光學(xué)法、物理光學(xué)法、等效電磁流法等理論方法計(jì)算后向散射。模型復(fù)雜，很少使用。關(guān)系模型：由大量實(shí)測數(shù)據(jù)擬合給出后向散射系數(shù)與頻率、極化方式、入射角等參量的依賴關(guān)系。統(tǒng)計(jì)模型：由大量實(shí)測數(shù)據(jù)擬合給出后向散射系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布概率密度函數(shù)。26地雜波是由天線波束照射區(qū)內(nèi)大量散射單元回波合成的結(jié)果，地雜波（實(shí)部、虛部）的起伏特性一般符合高斯分布。高斯概率密度函數(shù):5.2.2.1:地雜波的統(tǒng)計(jì)特性

信號的均值和方差分別為b

為瑞利系數(shù)

當(dāng)雷達(dá)信號用復(fù)信號表示時(shí)，地雜波的幅度(復(fù)信號的模值)符合瑞利分布。瑞利分布的概率密度函數(shù)為:1.高斯（瑞利）分布雜波5.2.2.1:地雜波的統(tǒng)計(jì)特性

2.萊斯分布雜波如果在波束照射區(qū)內(nèi)，不但有大量的小散射單元，還存在強(qiáng)的點(diǎn)反射源(如水塔等)時(shí)，地雜波的幅度x不再服從瑞利分布，而更趨近于萊斯(Rice)分布，其概率密度函數(shù)(b)瑞利分布

(a)高斯分布

(c)萊斯分布圖5.12高斯、瑞利和萊斯分布的概率密度函數(shù)三種分布的概率密度函數(shù)的曲線：285.2.2.1:地雜波的統(tǒng)計(jì)特性

地雜波可看成一種隨機(jī)過程，除了其概率密度分布特性外，還必須考慮其相關(guān)特性。根據(jù)維納理論，隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)與功率譜是傅里葉變換對的關(guān)系。從濾波器的角度看，用功率譜來表示地雜波的相關(guān)特性更為直觀。通常，地雜波的功率譜可采用高斯函數(shù)表示，稱為高斯譜，對于高分辨雷達(dá)在低擦地角的情況，地雜波功率譜中的高頻分量會明顯增大，一般用全極譜或指數(shù)譜表示，因?yàn)槿珮O譜和指數(shù)譜的曲線具有比高斯譜曲線更長的拖尾，適于表征其高頻分量的增加。全極譜為指數(shù)型功率譜也稱為指數(shù)譜，

fc:歸一化特征頻率，即雜波譜寬5.2.2.1:地雜波的統(tǒng)計(jì)特性

(a)高斯型(b)全極型

(c)指數(shù)型

圖5.11高斯型、全極型和指數(shù)型功率譜模型305.2.2.2：海雜波的統(tǒng)計(jì)特性對高分辨雷達(dá)，海雜波的概率分布出現(xiàn)了更長的拖尾，其概率分布偏離了高斯分布，其概率密度函數(shù)采用對數(shù)正態(tài)分布、韋布爾(Weibull)分布和K分布等非高斯模型1)對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為：

m是尺度參數(shù)，取lnx的中值；

c是形狀參數(shù)均值與方差為：形狀參數(shù)越大，對數(shù)正態(tài)分布曲線的拖尾越長，這時(shí)雜波取大幅度值的概率就越大(a)隨尺度參數(shù)變化的曲線

(b)隨形狀參數(shù)變化的曲線海雜波不但與雷達(dá)的波長、極化和電磁波入射角有關(guān)，還與海面狀態(tài)有關(guān)。其幅度概率密度分布符合瑞利分布312)韋布爾分布韋布爾分布的概率密度函數(shù)為:

p為形狀參數(shù)，q為尺度參數(shù)均值與方差分別為:是伽馬函數(shù)

(a)隨尺度參數(shù)變化的曲線

(b)隨形狀參數(shù)變化的曲線5.2.2.2：海雜波的統(tǒng)計(jì)特性323)K分布K分布的概率密度函數(shù)為:v是形狀參數(shù)，是尺度參數(shù)，是伽馬函數(shù)，是第一類修正的v階貝塞爾函數(shù)。K分布的均值與方差為：

(a)隨尺度參數(shù)變化的曲線

(b)隨形狀參數(shù)變化的曲線5.2.2.2：海雜波的統(tǒng)計(jì)特性335.2.2.3：氣象雜波的統(tǒng)計(jì)特性

云、雨和雪的散射回波稱為氣象雜波，是一種體雜波。氣象雜波的功率譜也符合高斯分布模型，但由于風(fēng)的作用，其功率譜中含有一個(gè)與風(fēng)向風(fēng)速有關(guān)的平均多普勒頻率：圖5.15多普勒譜寬隨波長的變化關(guān)系雜波種類風(fēng)速/kn/(m/s)雜波種類風(fēng)速/kn/(m/s)稀疏的樹木無風(fēng)0.017海浪回波8~200.46~1.1有樹林的小山100.04海浪回波大風(fēng)0.89有樹林的小山200.22海浪回波—0.37~0.91有樹林的小山250.12雷達(dá)箔條251.2有樹林的小山400.32雷達(dá)箔條—1.1海浪回波—0.7云雨—1.8~4.0海浪回波—0.75~1.0云雨—2.0345.2.4：天線掃描引起的雜波功率譜展寬

設(shè)天線方向圖具有高斯形狀,雜波功率譜展寬可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示為:

雜波功率譜標(biāo)準(zhǔn)偏差

:雜波種類

（m/s)

(HZ)

(HZ)

(HZ)地雜波

0.32

0.647.957.98云雨雜波

4

8

7.95

11.28箔條雜波

1.2

1.4

7.95

8.3表5.2幾種雜波的典型的標(biāo)準(zhǔn)偏差355.3：MTI/MTD性能指標(biāo)

通常使用MTI/MTD來進(jìn)行雜波抑制，通常采用改善因子、雜波衰減、雜波中可見度來描述其性能。5.3.1:改善因子

改善因子(I)：雜波抑制濾波器輸出信雜比(SCRo)與輸入信雜比(SCRi)的比值，G為雜波抑制濾波器對目標(biāo)信號的平均功率增益5.3.1:雜波衰減和對消比

雜波衰減(CA)為:雜波抑制濾波器輸入雜波功率Ci

和輸出雜波功率Co的比值

對消比(CR)為:對消后的剩余雜波電壓與同一雜波未經(jīng)對消時(shí)的電壓比值。

雜波衰減與對消比之間的關(guān)系為:36

5.3.3：雜波中可見度

(SCV，SubclutterVisibility

)SCV是衡量雷達(dá)在雜波背景中對目標(biāo)回波的檢測能力的量度。定義：雷達(dá)輸出端的SCR等于可見度系數(shù)V0時(shí)，雷達(dá)輸入端的信雜比。在用分貝表示時(shí)，

SCV比I小一個(gè)可見度系數(shù)：可見度系數(shù)V0也就是檢測前要求的信雜比（即對消器輸出的信雜比）。典型系統(tǒng)的雜波中可見度至少為30dB，也就是說，當(dāng)目標(biāo)回波功率只有雜波功率的1/1000時(shí)，雷達(dá)仍然可以從雜波中檢測到運(yùn)動目標(biāo)。若I=50dB，則MTI輸出的信雜比=50

30=20dB。因此，雜波中可見度越大，則從雜波背景中檢測動目標(biāo)的能力越強(qiáng)。5.3：MTI/MTD性能指標(biāo)375.4：動目標(biāo)顯示(MTI)

MTI是指利用雜波抑制濾波器抑制各種雜波，提高雷達(dá)信號的信雜比，以利于運(yùn)動目標(biāo)檢測的技術(shù)。MTI濾波器就是利用雜波與運(yùn)動目標(biāo)的多普勒頻率的差異，使得濾波器的頻率響應(yīng)在雜波譜的位置形成“凹口”，以抑制雜波，而讓動目標(biāo)回波通過后的損失盡量小或沒有損失。(a)當(dāng)雜波和目標(biāo)同時(shí)存在時(shí)回波的功率譜(b)MTI濾波器的頻率響應(yīng)(c)MTI濾波器的輸出問題？385.4：動目標(biāo)顯示(MTI)動目標(biāo)濾波器設(shè)計(jì)的要求：(1)各種因素導(dǎo)致雜波譜的展寬，使設(shè)計(jì)濾波器時(shí)擴(kuò)寬凹口成為必要。(2)凹口對準(zhǔn)地雜波頻譜零頻處，特別是動雜波具有多普勒頻移時(shí)，濾波器的凹口還應(yīng)對準(zhǔn)雜波譜的平均多普勒位置。(3)保證運(yùn)動目標(biāo)回波在盡可能大的速度范圍內(nèi)均有大的輸出，凹口又不能太寬。39MTI/MTD：在多個(gè)脈沖之間進(jìn)行405.4.1：延遲線對消器單延遲線對消器、雙延遲線對消器、多延遲線對消器

(a)單延遲線對消器(b)雙延遲線對消器5.4.1.1:單延遲線對消器單延遲線對消器經(jīng)常稱為“兩脈沖對消器”或者“一次對消器”。

頻率響應(yīng)為：傳遞函數(shù)為：功率增益為：415.4.1.2：雙延遲線對消器

雙延遲線對消器由兩個(gè)單延遲線對消器級聯(lián)而成。雙延遲線對消器脈沖響應(yīng)為：功率增益為：在z域，傳遞函數(shù)：

三脈沖對消比兩脈沖對消具有更好的響應(yīng)(更深的凹口和更平坦的通帶響應(yīng))。單延遲線對消器的頻率響應(yīng)較差，原因在于其阻帶沒有較寬的凹口。雙延遲線對消器無論在阻帶還是通帶上都比單延遲線對消器有更好的頻率響應(yīng)，因此雙延遲線對消器比單延遲線對消器得到了更廣泛的應(yīng)用。另外，多普勒頻率在fr的整數(shù)倍的頻帶上的目標(biāo)將也被抑制掉，導(dǎo)致目標(biāo)的漏警。N脈沖MTI的改善因子為：，為MTI濾波器的二項(xiàng)式系數(shù)的平方和；

對消器脈沖數(shù)系數(shù)W改善因子兩脈沖{1，-1}三脈沖{1，-2,1}四脈沖{1，-3，3，-1}五脈沖{1，-4，6，-4，1}六脈沖{1，-5，10，-10，-5，-1}圖5.21改善因子與歸一化譜寬()之間的關(guān)系5.4.1.3：多延遲線對消器[例5-2]某雷達(dá)的波長

=0.1m，脈沖重復(fù)頻率fr=1kHz，天線掃描速率Tscan=2s，天線3dB方位波束寬度為

a=1.325°，針對地雜波，假設(shè)風(fēng)速的均方根值為

v=0.45m/s。（1）計(jì)算雜波譜寬、天線掃描引起的雜波譜展寬、總的雜波譜寬的均方根值；（2）計(jì)算兩脈沖、三脈沖對消器的改善因子。5.4.1.3：多延遲線對消器44盲速：多普勒頻率為脈沖重復(fù)頻率的整數(shù)倍對應(yīng)的徑向速度。盲速代表那些模糊到零多普勒頻率的目標(biāo)速度。目標(biāo)雖然有一定的徑向速度，但其回波經(jīng)過相位檢波器后，在不同脈沖之間，輸出為一串等幅脈沖。5.4.2：

參差重復(fù)頻率1.盲速對于重頻為fr的雷達(dá)，如果運(yùn)動目標(biāo)相對雷達(dá)的徑向速度vr引起的相鄰周期回波信號的相位差:，產(chǎn)生盲速時(shí)的目標(biāo)多普勒頻率。盲速為：解決盲速的問題，常用的方法是利用參差重復(fù)頻率，它能大大提高第一個(gè)盲速，使第一個(gè)盲速超過任何可能的實(shí)際目標(biāo)速度。而不會減小不模糊距離。PRF參差的實(shí)現(xiàn)既可以是脈間參差，也可以是脈組參差。455.4.2：

參差重復(fù)頻率脈間參差，變T262.08us發(fā)射脈沖20us291.2us320.32us291.2us320.32us262.08us脈間參差的優(yōu)點(diǎn)：在一個(gè)波位駐留時(shí)間內(nèi)提高不模糊的多普勒覆蓋區(qū)。但脈間參差的缺點(diǎn)有二：一是由于數(shù)據(jù)是非均勻采樣的序列，這使得應(yīng)用相干多普勒處理變得困難，而且也使分析變得復(fù)雜；二是模糊的主瓣雜波會導(dǎo)致脈沖間的雜波幅度隨著PRF的變化而變化，這是由于距離模糊的雜波(來自前面的脈沖)會隨著PRF的變化而折疊到不同的距離單元中去。因此，脈間PRF參差通常只用于無距離模糊的低PRF工作模式。465.4.2：

參差重復(fù)頻率30個(gè)脈沖共3個(gè)脈沖組262.08us30個(gè)脈沖291.2us30個(gè)脈沖320.32us對空脈沖20us脈組變T475.4.2：

參差重復(fù)頻率當(dāng)目標(biāo)的徑向速度在盲速或盲速附近時(shí)，采用恒定PRF不能發(fā)現(xiàn)這些目標(biāo)。圖5.24畫出了脈沖重復(fù)頻率分別為fr1和fr2

的單延遲線對消器的頻率響應(yīng)曲線，且fr2

=2

fr1/3?？梢姡谝粋€(gè)PRF的頻率響應(yīng)里因盲速不能檢測的運(yùn)動目標(biāo)，但在另一個(gè)PRF的頻率響應(yīng)變成可能。但當(dāng)盲速在兩個(gè)PRF里同時(shí)發(fā)生時(shí)，如3

fr2

=2

fr1，則兩個(gè)PRF都不能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。因此，

fr1的第一盲速已增加了一倍。這說明，使用不止一個(gè)PRF有利于減少盲速，但是，采用PRF之比為3/2這樣大的兩個(gè)PRF是不實(shí)用的。2.參差重復(fù)頻率0fr12fr1

頻率0fr22fr23fr248如果雷達(dá)采用N個(gè)重復(fù)頻率，它們的重復(fù)周期可以表示為：為的最大公約周期，則參差周期之比為：參差碼中最大K值與最小的K值之比稱為參差周期的最大變比r：如果之間互異互素，則第一個(gè)真正的盲速對應(yīng)的多普勒頻率為：5.4.2.1：參差重復(fù)頻率為參差碼雷達(dá)的平均重復(fù)周期為：參差碼的均值：參差PRF的周期的均方值最大改善因子通帶內(nèi)第一個(gè)凹口的深度505.4.2：

參差重復(fù)頻率若雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期之比為25：30：27：31（四變“T”），采用五脈沖MTI，其平均頻率響應(yīng)曲線5.4.2：

參差重復(fù)頻率多個(gè)參差PRF的回波可用橫向?yàn)V波器處理，只不過濾波器以非均勻的時(shí)間間隔采樣多普勒頻率，而不是像恒定PRF一樣采用均勻時(shí)間間隔采樣多普勒頻率。濾波器的頻率響應(yīng)為權(quán)值W和脈沖重復(fù)周期Tri（n個(gè)）的選擇需要考慮以下因素：（1）最小脈沖重復(fù)周期不應(yīng)出現(xiàn)距離模糊。（2）脈沖重復(fù)周期的選擇應(yīng)使發(fā)射機(jī)不因占空比超過限制而發(fā)生過載。（3）最大脈沖重復(fù)周期不應(yīng)過長，因最大無模糊距離外的任何距離對雷達(dá)來說代表“靜止時(shí)間”。（4）為了在雜波中檢測目標(biāo)，MTI濾波器的阻帶達(dá)到所要求的改善因子。（5）MTI濾波器在通帶的最深凹口發(fā)生在Tav的倒數(shù)處，該凹口盡量淺。（6）通帶內(nèi)的響應(yīng)變化（或紋波）應(yīng)盡量小和相對均勻。脈沖重復(fù)周期Tr

(us)參差碼最小值K1參差碼最大值K6參差碼平均值Kav40013.7118.581680027.4337.1632120041.1455.7448160054.8674.3264200068.5792.908053參差PRF（三變T）四脈沖對消器處理流程時(shí)變?yōu)V波器Tr1

Tr2

Tr3

Tr1

時(shí)間5.4.2：

參差重復(fù)頻率54[例5-3]MATLAB函數(shù)“cenci_MTI.m”：該函數(shù)畫出二項(xiàng)式級數(shù)參差MTI濾波器歸一化頻率響應(yīng)，其輸出為濾波器權(quán)值。[w]=cenci_MTI(len,bianT,f)參差比為27:28:29時(shí)的三脈沖參差對消器的歸一化頻率響應(yīng)曲線。可以看出使用參差重復(fù)頻率能在很大程度上提高第一盲速。符號描述單位狀態(tài)例子參考值len濾波器長度無輸入3bianT參差碼無輸入[272829]f濾波器歸一化響應(yīng)頻率范圍無輸入[-1:0.01:28]w濾波器權(quán)值無輸出55

參差MTI濾波器速度響應(yīng)凹口的深度與對消器的形式無關(guān)，也與雷達(dá)天線波束內(nèi)接收的脈沖數(shù)無關(guān)，而只和參差周期的最大變比有關(guān)。最大變比越大，對應(yīng)的凹口深度越淺。圖5.23三脈沖參差對消器歸一化頻率響應(yīng)第一零點(diǎn)56

5.4.2.1：參差碼的優(yōu)化設(shè)計(jì)

參差碼的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則是在保證最大變比不大于允許值，第一盲速點(diǎn)大于需要探測的目標(biāo)的最大速度倍的條件下，使參差MTI濾波器的第一凹口的深度盡可能小。用一個(gè)離散非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃來表示：表示目標(biāo)的多普勒頻率分布區(qū)；為雜波譜分布區(qū)。式中的第一項(xiàng)表示第一凹口的值在目標(biāo)多普勒分布區(qū)和雜波區(qū)以外的頻率區(qū)域內(nèi)達(dá)到最小。通過搜索運(yùn)算就可以得到最優(yōu)參差碼。在設(shè)計(jì)中可以采取某些策略來減少運(yùn)算量。575.4.3：優(yōu)化MTI濾波器FIR濾波器具有線性相位特性，所以MTI濾波器主要采用FIR濾波器。MTI濾波器的設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一組合適的濾波器系數(shù)，使其有效地抑制雜波，并保證目標(biāo)信號能無損失地通過。MTI濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：特征矢量法和零點(diǎn)分配法

5.4.3.1：

特征矢量法

特征矢量法是以平均改善因子最大為準(zhǔn)則的雜波抑制方法。通常假設(shè)雜波具有高斯型功率譜，譜密度函數(shù)為:雜波自相關(guān)函數(shù)為其功率譜的傅里葉逆變換:58

利用積分公式:經(jīng)推導(dǎo)得到:如果雜波譜的中心頻率為零，得到雜波的自相關(guān)矩陣為:目標(biāo)回波信號的多普勒頻譜可表示為:為相關(guān)時(shí)間目標(biāo)信號的自相關(guān)函數(shù)為:59假設(shè)MTI輸入端的雜波數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)為:MTI輸出端的雜波功率和信號功率分別為:改善因子為:

由知，為單位陣，的特征方程為:為特征值所對應(yīng)的特征向量這種利用雜波自相關(guān)矩陣的特征分解，用其最小特征值所對應(yīng)的特征向量設(shè)計(jì)MTI濾波器的方法稱為特征矢量法。這樣設(shè)計(jì)的濾波器可以得到良好的雜波抑制性能，應(yīng)用較廣泛。這種利用雜波自相關(guān)矩陣的特征分解，用其最小特征值所對應(yīng)的特征向量設(shè)計(jì)MTI濾波器的方法稱為特征矢量法。這樣設(shè)計(jì)的濾波器可以得到良好的雜波抑制性能，應(yīng)用較廣泛。如果存在兩種或兩種以上的雜波，如地雜波和云雨雜波，兩種雜波的譜中心不同，其自相關(guān)函數(shù)也由對應(yīng)的多雜波分量之和構(gòu)成?？梢杂锰卣魇噶糠ㄔO(shè)計(jì)具有兩個(gè)凹口的濾波器，同時(shí)在兩種雜波譜中心形成兩個(gè)不同的凹口。MATLAB函數(shù)“eig_MTI.m”是利用特征矢量法設(shè)計(jì)MTI濾波器。其語法如下：[ww,Hf]=eig_MTI(len,Tr,fz,sigmaf,f)變量描述單位屬性圖5.28中的參數(shù)設(shè)置lenMTI濾波器的長度

輸入5Tr脈沖重復(fù)周期，變T時(shí)為Tr向量,例如[Tr1,Tr2,Tr3]s輸入[25302731]/300fz雜波譜中心Hz

0sigmaf雜波譜寬Hz輸入10f分析頻率響應(yīng)的頻率范圍Hz輸入[-0.5:0.01:14]'*300wwMTI濾波器的權(quán)矢量

輸出

Hf濾波器的頻率響應(yīng)

輸出

[例5-4]假設(shè)雷達(dá)的平均重復(fù)頻率300Hz，參差比為[25：30：27：31]，地雜波的中心頻率為0Hz，譜寬為10Hz。采用特征矢量法設(shè)計(jì)五脈沖對消MTI濾波器，“eig_MTI.m”函數(shù)調(diào)用如下：fr=300;%重復(fù)頻率Tr=1/fr;f=[-0.5:0.01:14]'*fr;bianTm=[25302731];Trb=bianTm/mean(bianTm)/fr;%變T的Tr[w,Hf]=eig_MTI(len,Tr,fz,sigmaf,f);從零頻附近的局部放大圖可以看出，特征矢量法設(shè)計(jì)的MTI濾波器性能優(yōu)于二項(xiàng)式級數(shù)法。62

[例5-4]平均重復(fù)頻率100Hz，參差比為27:28:29，地雜波的中心頻率0Hz，譜寬為0.64Hz；云雨雜波的中心頻率為30Hz，譜寬為1.4Hz，使用特征矢量法設(shè)計(jì)的單凹口和雙凹口4脈沖對消濾波器，歸一化頻率響應(yīng)如圖

(a)單凹口FIR濾波器(b)雙凹口FIR濾波器圖5.24特征矢量法設(shè)計(jì)的MTI濾波器幅頻響應(yīng)63

5.4.3.1：零點(diǎn)分配法

零點(diǎn)分配法：是在設(shè)計(jì)帶阻濾波器時(shí)，在凹口處設(shè)置頻率響應(yīng)零點(diǎn)的一種方法。對于N階FIR濾波器，頻率響應(yīng)函數(shù)為:將在處泰勒級數(shù)展開:要在處設(shè)計(jì)帶阻濾波器，則必須使泰勒級數(shù)展開式中的系數(shù)為0，這樣就產(chǎn)生了N個(gè)關(guān)于(wi)的齊次線性方程，64其中，，為一個(gè)常數(shù)，通常設(shè)置為1。將上式寫成矩陣形式:

當(dāng)阻帶處于零頻時(shí)，所設(shè)計(jì)的濾波器為零頻處最大平坦阻帶濾波器，此時(shí)A為Vandermonde矩陣:MATLAB函數(shù)“zero_MTI.m”，使用零點(diǎn)分配法設(shè)計(jì)MTI濾波器。語法為：[ww,Hf]=zero_MTI(len,Tr,fz,f)注意：在單零點(diǎn)時(shí)，濾波器阻帶凹口較窄在阻帶內(nèi)多設(shè)置幾個(gè)零點(diǎn)，拓寬阻帶濾波器的長度應(yīng)大于零點(diǎn)的個(gè)數(shù)[例5-5]假設(shè)雷達(dá)的平均重復(fù)頻率300Hz，參差比為[25：30：27：31]，地雜波的中心頻率為0Hz，譜寬為10Hz。采用零點(diǎn)分配算法設(shè)計(jì)五脈沖對消MTI濾波器，設(shè)置三個(gè)零點(diǎn)位置為[707]Hz。使用零點(diǎn)分配算法設(shè)計(jì)的多零點(diǎn)5脈沖對消濾波器的歸一化頻率響應(yīng)曲線。平均重復(fù)頻率為300Hzfr=300;%重復(fù)頻率

Tr=1/fr;f=[-0.5:0.01:14]'*fr;bianTm=[25302731];Trb=bianTm/mean(bianTm)/fr;%變T的Tr[w,Hf]=zero_MTI(len,Tr,fz,f);零點(diǎn)分配法設(shè)計(jì)的MTI濾波器性能優(yōu)于二項(xiàng)式級數(shù)法66

[例5-6]平均重復(fù)頻率100Hz，參差比為27:28:29，地雜波的中心頻率為0Hz，譜寬為0.64Hz，使用零點(diǎn)分配算法設(shè)計(jì)的單零點(diǎn)4脈沖對消濾波器。圖5.25(b)是假設(shè)地雜波的中心頻率為0Hz，譜寬為0.64Hz，云雨雜波的中心頻率為30Hz，譜寬為1.4Hz，使用零點(diǎn)分配算法設(shè)計(jì)的多零點(diǎn)6脈沖對消濾波器的歸一化頻率響應(yīng)曲線。

(a)單零點(diǎn)FIR濾波器

(b)多零點(diǎn)FIR濾波器

675.4.4:自適應(yīng)MTI(AMTI)

運(yùn)動雜波的譜中心可能不在零頻，而且是時(shí)變的。為了抑制此類運(yùn)動雜波，需要采用自適應(yīng)運(yùn)動雜波抑制（AMTI）技術(shù)。5.4.4.1:運(yùn)動雜波譜中心補(bǔ)償抑制法圖5.26運(yùn)動雜波譜中心補(bǔ)償抑制法估計(jì)雜波平均多普勒頻率和譜寬的方法:相關(guān)函數(shù)法線性相位法AR模型法68

延遲一個(gè)PRI后的信號為:和的相關(guān)函數(shù)：因?yàn)闉檎瓗盘?，，為一?shí)數(shù)因此：用時(shí)間平均來代替統(tǒng)計(jì)平均后，得到估計(jì)值：雜波譜中心頻率估計(jì)值為：雷達(dá)接收的窄帶雜波和噪聲的復(fù)包絡(luò)可表示為:相關(guān)函數(shù)法：利用雷達(dá)接收回波相鄰兩個(gè)重復(fù)周期的相位差對雜波的平均多普勒頻率進(jìn)行估計(jì)1)估計(jì)運(yùn)動雜波譜中心692)運(yùn)動雜波譜中心補(bǔ)償在得到運(yùn)動雜波譜中心估計(jì)值后，在上乘以就可以將運(yùn)動雜波中心移到零頻附近，即：3)利用凹口位于零頻的MTI濾波器抑制譜中心已移到零頻的運(yùn)動雜波，就完成了對運(yùn)動雜波的自適應(yīng)抑制。70得到運(yùn)動雜波譜中心的估計(jì)值之后，不用對運(yùn)動雜波譜中心進(jìn)行補(bǔ)償，直接采用凹口位于的MTI濾波器來直接抑制運(yùn)動雜波，而凹口位于的MTI濾波器權(quán)系數(shù)可預(yù)先存儲在一個(gè)濾波器權(quán)系數(shù)庫中。這種方法稱為基于權(quán)系數(shù)庫的雜波抑制方法在實(shí)際應(yīng)用權(quán)系數(shù)庫時(shí)，為了提高自適應(yīng)濾波的效果，將權(quán)系數(shù)庫與速度圖相結(jié)合的方法以完成自適應(yīng)雜波的抑制。速度圖：將雷達(dá)周圍的監(jiān)視區(qū)域分為許多方位-距離單元。圖5.27基于權(quán)系數(shù)庫雜波抑制方法圖5.28方位-距離單元的劃分5.4.4.1:權(quán)系數(shù)庫和速度圖法71圖5.29為權(quán)系數(shù)庫與速度圖相結(jié)合

的自適應(yīng)雜波抑制方法速度圖中各個(gè)方位-距離單元中的信息更新是分別進(jìn)行的，遞歸過程如圖5.30所示。72

對于距離為k、方位為m的方位-距離單元(k,m)來說，速度圖第n時(shí)刻的輸出為：速度圖與遞歸濾波器結(jié)合后，速度圖有存儲運(yùn)動雜波速度多普勒中心的功能；遞歸濾波器能平滑和減少對運(yùn)動雜波譜中心單次估計(jì)結(jié)果的偏差；速度圖還能自動更新存儲的數(shù)據(jù)。73仿真條件為：PRF為100Hz，快拍數(shù)為13，距離單元數(shù)為200，其中第1~100個(gè)距離單元為地雜波，地雜波中心頻率為0Hz，譜寬為0.64Hz，雜噪比為60dB；三個(gè)目標(biāo)分別位于50、130和180個(gè)距離單元，多普勒速頻率分別為150Hz、350Hz和600Hz，信噪比均為15dB。(a)脈沖壓縮結(jié)果

(b)等T下雜波對消結(jié)果(c)變T下雜波對消結(jié)果5.4.5:MTI處理仿真實(shí)驗(yàn)仿真參數(shù)：雷達(dá)在一個(gè)波位的發(fā)射脈沖數(shù)為10，重復(fù)周期為290μs，脈寬20μs，帶寬8MHz，采樣頻率10MHz。假設(shè)在距離雷達(dá)35km處有1個(gè)目標(biāo)，速度為40m/s，輸入信噪比為0dB，地雜波和動雜波分別位于5~10km和15~20km處，雜噪比均為50dB，其中地雜波平均多普勒頻率為0Hz，譜寬為6.4Hz，動雜波平均多普勒頻率為100Hz，譜寬為24Hz。對回波信號進(jìn)行脈壓，對脈壓輸出利用相關(guān)函數(shù)法進(jìn)行測頻。相鄰重復(fù)周期測頻結(jié)果均值脈壓結(jié)果圖5.37(a)給出了某C波段對海監(jiān)視雷達(dá)的實(shí)測數(shù)據(jù)的脈壓結(jié)果，這里是在某一方位距離單元2500~3500處連續(xù)16個(gè)脈沖的脈壓結(jié)果。對各個(gè)距離單元進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果如圖5.37(b)。將幅度超過90dB的回波認(rèn)定為雜波(比噪聲電平大10dB)，可見在距離單元2900~3000處存在兩種類型雜波。一種雜波的譜中心在零頻附近，為地物雜波；另一種雜波的多普勒中心頻率約為300Hz。第一級MTI濾波結(jié)果第二級MTI濾波結(jié)果海雜波也得到了很好的抑制雙模雜波的抑制在同一距離段上既有地雜波,又有動雜波利用MTI濾波器，抑制固定雜波（地物雜波）利用AMTI濾波器既可抑制固定雜波，也可抑制運(yùn)動雜波（箔條雜波和氣象雜波）.

MTI濾波器特性

MTI＋AMTI濾波器特性地雜波＋動雜波77時(shí)變級聯(lián)濾波器設(shè)計(jì)由于第一級輸出y(k)和y(k-1)不是遲延T的關(guān)系，所以，第二級濾波器的權(quán)系數(shù)的計(jì)算和速度估計(jì)都變得比較困難。所以要先對第一級濾波器進(jìn)行相位校正

自適應(yīng)雜波濾波器是時(shí)變的。當(dāng)存在雙模雜波時(shí)，自適應(yīng)雜波濾波器往往以級聯(lián)的形式出現(xiàn)。第一級可以濾除地雜波，第二級濾除動雜波。將第一級濾波器的窗系數(shù)u(k,j)除以復(fù)因子Sc(k,w2)78仿

真

結(jié)

果5.4.6:MTI性能的限制MTI性能除濾波器本身因素以外，引起MTI的改善因子下降的原因主要有四。（1）天線掃描調(diào)制由天線掃描引起的雜波功率譜展寬可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差雜波種類雜波速度的均方根值/(m/s)雜波的譜寬/Hz天線掃描引起的譜展寬

s/Hz雜波總的譜寬/Hz地雜波0.320.647.957.98云雨雜波487.9511.28箔條雜波1.22.47.958.3（2）雜波內(nèi)部運(yùn)動雜波通常處于運(yùn)動狀態(tài)，雜波的自相關(guān)函數(shù)當(dāng)雜波譜寬為60Hz時(shí)，自相關(guān)函數(shù)值在8ms后降至峰值1的一半。這意味著，在一個(gè)波位的幾個(gè)脈沖內(nèi)的雜波具有高相關(guān)性。如果使用相關(guān)值0.1作為去相關(guān)門限，則需要數(shù)十毫秒才能去相關(guān)。圖5.39給出了森林地區(qū)雜波和海雜波的去相關(guān)特性?？梢?，地雜波的相關(guān)值在開始時(shí)下降較快，而后下降較為緩慢。海雜波在前10ms去相關(guān)快，隨后的去相關(guān)較慢。這是由于風(fēng)吹海面產(chǎn)生的波紋運(yùn)動而引起的。經(jīng)過一點(diǎn)時(shí)間之后，海面的結(jié)構(gòu)與之前的相類似，相關(guān)值又開始上升了。海面細(xì)微結(jié)構(gòu)重復(fù)的周期等于海面緩慢起伏的周期，但不可避免的是存在細(xì)小的差異，因而第二個(gè)相關(guān)峰值比第一個(gè)峰值低。（3）設(shè)備不穩(wěn)定本振（STALOo或COHO）的幅度、頻率或相位的變化，發(fā)射信號特征從脈沖到脈沖的變化，或者定時(shí)上的誤差，都可導(dǎo)致不能完全對消雜波，限制了改善因子。（4）限幅器、A/D量化噪聲等若A/D的位數(shù)為b，則量化噪聲對改善因子的限制為例如，A/D的位數(shù)為8、10、12位時(shí)，改善因子分別為46.9、59、71dB。假設(shè)I1、I2、…、IN分別表示各因素對改善因子的影響，則總的改善因子Iall為845.5：動目標(biāo)檢測(MTD)

MTD是一種利用多普勒濾波器組來抑制各種雜波，以提高雷達(dá)在雜波背景下檢測運(yùn)動目標(biāo)能力的技術(shù)。與MTI相比，MTD的改善和提高：1)增大信號處理的線性動態(tài)范圍；2)增加一組多普勒濾波器，使之更接近于最佳濾波，提高改善因子；3)能抑制地雜波(其平均多普勒頻移通常為零)，且能同時(shí)抑制運(yùn)動雜波(如云雨、鳥群、箔條等)；4)增加一個(gè)或多個(gè)雜波圖，對檢測地物雜波中的低速目標(biāo)甚至切向飛行大目標(biāo)更有利。85根據(jù)最佳濾波理論，在噪聲與雜波背景下檢測運(yùn)動目標(biāo)，是一個(gè)廣義匹配濾波問題。86MTD濾波器組設(shè)計(jì)的方法有兩類：MTI級聯(lián)FFT的方法優(yōu)化的MTD濾器組

(a)MTI濾波

(b)多普勒濾波器組特性

圖5.33MTI與MTD濾波器特性比較875.5.1:對消級聯(lián)FFT

FFT的每點(diǎn)輸出，相當(dāng)于N點(diǎn)數(shù)據(jù)在這個(gè)頻率上的積累，也可以說是以這個(gè)頻率為中心的一個(gè)帶通濾波器的輸出。根據(jù)DFT的定義,N組濾波器權(quán)值為：

每個(gè)k值決定一個(gè)獨(dú)立的濾波器響應(yīng)，相應(yīng)地對應(yīng)一個(gè)不同的多普勒濾波器響應(yīng)。因此第k個(gè)濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為：濾波器的幅頻響應(yīng)為：88

[例5-7]8點(diǎn)FFT濾波器組頻率特性?？梢钥闯鰹V波器組覆蓋了整個(gè)頻率范圍，每個(gè)濾波器的形狀均相同，只是濾波器的中心頻率不同，圖(a)所示的濾波器有時(shí)稱為相參積累濾波器，因?yàn)橥ㄟ^該濾波器后，它將N個(gè)相參脈沖積累，使信噪比提高N倍(對白噪聲而言)。圖(b)為加海明窗之后的濾波器響應(yīng)，在降低副瓣的同時(shí)，主瓣有所展寬。(a)8點(diǎn)FFT濾波器組頻率特性(b)8點(diǎn)FFT濾波器組頻率特性(加海明窗)圖5.34FFT濾波器組頻率特性895.5.2：優(yōu)化MTD濾波器組

如果根據(jù)雜波抑制要求，直接設(shè)計(jì)一組具有更好雜波抑制性能的多普勒濾波器組，來代替對消級聯(lián)FFT形式的MTD濾波器組，可進(jìn)一步提高M(jìn)TD處理器的性能。點(diǎn)最佳多普勒濾波器組等間隔多普勒濾波器組數(shù)字綜合多普勒濾波器組905.5.2:點(diǎn)最佳多普勒濾波器組

點(diǎn)最佳多普勒濾波器組只在所需的多普勒處理頻段中的某一點(diǎn)上達(dá)到最佳，而在其它頻率點(diǎn)都是不匹配的。多普勒濾波器采用N點(diǎn)FIR濾波器填滿多普勒區(qū)域，N等于處理的相干脈沖數(shù)。點(diǎn)多普勒橫向?yàn)V波器復(fù)數(shù)輸入信號表示為91在任意一個(gè)多普勒頻率上最佳橫向?yàn)V波器的最佳復(fù)數(shù)權(quán)可以表示為：而表示的改善因子為：

這樣設(shè)計(jì)的自適應(yīng)MTD濾波器會有較高的旁瓣電平，這樣容易造成不同濾波器的目標(biāo)之間的相互影響，會帶來虛警；另外，進(jìn)入濾波器副瓣的雜波(包括地雜波的剩余和氣象雜波)也會降低濾波器的雜波改善性能。所以，需要對常規(guī)自適應(yīng)MTD濾波器進(jìn)行加權(quán)以降低各濾波器的副瓣電平。上式是計(jì)算任意一個(gè)多普勒頻率處改善因子的一般表達(dá)式。在最佳頻率點(diǎn)的改善因子為：92

[例5-7]設(shè)計(jì)點(diǎn)最佳多普勒濾波器組。脈沖重復(fù)頻率100Hz，地雜波的中心頻率為0Hz，譜寬為0.64Hz，設(shè)計(jì)點(diǎn)最佳多普勒濾波器組(a)點(diǎn)最佳多普勒濾波器組頻率特性

(b)多普勒中心頻率對應(yīng)0.5PRF的濾波器點(diǎn)最佳多普勒濾波器組頻率特性MTD濾波器組通常取多個(gè)通道輸出的最大值，圖中虛線為濾波器組的總的幅頻響應(yīng)10脈沖點(diǎn)最佳多普勒濾波器組的頻率響應(yīng)。濾波器組中每個(gè)濾波器在零頻處的凹口深度達(dá)到-70dB（相對于通帶響應(yīng)的最低點(diǎn)），凹口寬度大于雜波的譜寬，滿足抑制地物雜波的要求

雜噪比為70dB時(shí)，對回波脈壓結(jié)果進(jìn)行MTD處理945.5.3:零多普勒處理

MT