XXXX第8章运动目标检测及测速

第八章运动目标检测及测速§8.1多卜勒效应及其在雷达中的应用1842年，多卜勒发现多普勒现象§8.1.1多卜勒效应1930年，多普勒规律应用于电磁波范围分析假定目标为点目标尺寸远小于雷达分辨单元雷达发射连续波时的多普勒效应发射信号：回波：目标固定不动时目标以匀速vr运动时00()cos()stAt()()rrstKstt0rt22R04()rtRt04()rRvt12ddfdt00cos[()]rKAtt00222rRftfc2rdvf发射频率：f0接收频率：f0+fd运动目标vrvcosrvv2rdvf多普勒频率线速度径向速度fd大小与径向速度有关fd正负与运动方向有关例.设雷达工作波长为10cm，目标径向速度为300m/s，求回波信号的多普勒频移。2rdvf230060.1kHz8031030.1cfGHz0dff采用差拍法提取多普勒频移如何提取fd连续波多卜勒雷达连续波发射机放大器相位检波器多卜勒滤波器和放大器指示器产生发射信号收发信号差频比较0f0dff发射耦合信号与回波信号的合成电压0f实质：利用相位检波器输出发射信号与接收信号中的差拍频率电压§8.1.2多卜勒信息的提取u0ur相检器输出t0tuΣ相检器输出0cosrUUU00cos()rdUUUt固定目标04rtR匀速目标044()()rRtRvt002ddfttd0ruuu00cos[()]rrruUttU为常数0000cos()uUt相检器输入φ为u0与ur的相位差ƒ0ƒƒ02ƒ0ƒdƒƒ0﹣ƒdƒ0﹢ƒdƒdmaxƒdƒ滤波器频率特性信号频谱变化图连续波发射机放大器相位检波器多卜勒滤波器和放大器指示器ƒ0ƒ0ƒ0ƒdƒ0ƒ0+ƒdƒƒ0-ƒd脉冲工作时的多卜勒效应思考：脉冲工作时与连续波工作时的相同点和不同点功率放大器接收机脉冲调制器连续振荡器显示系统0f0dff连续振荡t回波(固定)t脉冲发射t回波(运动)t相位检波(固定)t2R0C2R0-△RC相位检波(运动)t运动目标：UrUkU∑inτTr相检器输出t0Uk相检器输出t0cos(ωdt﹣ϕ0)固定目标：U∑inddrT相邻重复周期多普勒频率形成的相位差脉冲的包络相当于连续波输出的采样0002rRtc0002()4()rrtRtcRvt固定目标：运动目标：输出为包络调制脉冲串，包络调制频率为多卜勒频率0002rRtc0002()4()rrRttRvtc0002coscosdUmUmRtc00cosdUmt检波输出为等幅脉冲串检波器输出相位检波隔直流输出相邻PRI动目标回波时延差drT相邻重复周期延迟时间变化小相邻重复周期高频相位变化大相邻PRI动目标回波高频相位差同等条件下，利用高频相位差检测动目标灵敏度更高§8.1.3盲速和频闪盲速从采样上看，所有采样都发生在正弦波的同一相位点上2,0,1,2rdrvfkfk此时：原因：0002()4()rrRttRvtcdt01,0,1,22rrvkfk目标具有径向速度vr，但其回波经过相位检波器后输出为一串等幅脉冲，vr为盲速。Ur2Ur1Uk△ϕU∑d22drdrTfTk频闪完全没有多值的测量为：Ur2Ur1Uk△ϕU∑d222rddvf,drrTT2drff或速度测量有多值性现象：原因：脉冲工作状态是对连续波工作的采样，取样后的波形和频谱都会发生变化。相检器输出：2drdrTfT相邻脉冲相差：Ur1Ur22πUkωdFd=0fd=frτTrFdfdtτTrfdFdtUr2Ur1ΔϕUk12drT22drFTdrdFff盲速与频闪的矢量图及波形图分析Fdfdrf210fr2fr12rf12rf第二节MTI雷达工作原理及组成§8.2.1基本工作原理相参电压获取固定杂波消除关键§8.2.2获得相参振荡电压的方法中频全相参动目标显示0000cosuUt00cos()rrruUtt00cos()IIccuUtcosccccuUt0rcctt0rt04()rtRt04()rRvt002ddftt§8.2.3消除固定目标回波相位检波器的输出消除固定回波的方法频谱抑制法对消法滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个nfr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邻重复周期振幅变化的部分作为输出。固定目标回波和运动目标回波均会形成输出相消设备特性对消法0cosuU0cos()rIrIrccuUttcosccccuUt00cos()rUt02()rrRvttc00cosduUt00cos()druUtT延时Tr00cosduUt00cos()druUtT002sinsin22drdrdTTuuuUt包络振幅相消器输出,0,1,22drTkk0u21,0,1,222drTkku最大002sinsin22drdrdTTuuuUt相消器输出相消设备输出响应盲速盲速对动目标具有最佳响应频域观点数字相消器采样保持电路模数转换电路数字延迟线相减器数模转换电路相干视频延迟数字信号相消视频输出习题第三节盲速盲相的影响及其解决途径盲速及消除盲速的方法§8.3.1盲速n=1时为第一盲速第一盲速——重复周期内目标走过的距离为半个波长测速模糊和测距模糊的关系例：测速模糊与测距模糊矛盾最大单值不模糊距离参差重复频率解测速模糊§8.3.2盲相点盲相和连续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。基准电压方向相检器输出对消输出点盲相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）使用矢量对消器解决盲相问题(现代)连续盲相中频对消、正交双通道处理习题第四节回波和杂波的频谱及目标显示滤波器作用：了解运动目标回波和杂波在频谱结构上的区别，以达到抑制固定杂波、显示运动目标回波的目的。目标回波的频谱特性§8.4.1目标回波和杂波的频谱特性雷达发射相参脉冲串，脉宽为τ，重复频率为fr。天线不扫描时，目标回波为无限等幅脉冲串。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，回波为fd+fr-fd+fr杂波频谱天线不扫描时，杂波频谱位于nfr处，可用对消器完全滤除天线扫描时，杂波谱展宽内部运动杂波平均速度为零而只有内部起伏时，杂波的频谱位置在nfr上，但每根谱线均展宽固定杂波分布杂波展宽使得对消器不能很好的滤去杂波，有多卜勒频移时，应使滤波器凹口对准杂波谱的平均多卜勒位置如果杂波有平均速度，则会产生多卜勒频移§8.4.2动目标显示滤波器地杂波的功率谱信号S(f)最佳滤波器的频响实际杂波抑制滤波器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，为准最佳滤波。均匀分量的功率谱密度杂波特性决定的梳状分量一次相消器fr-fr只有一个零点递归型一次相消器若K1接近于1，则凹口越窄，其他部分越平坦。引入极点z=K1，K11简单MTI利用此法扩大速度响应范围。递归型滤波器：灵活，暂态响应长。二次相消器K=2，三脉冲对消器K=+2～-2递归型二次相消滤波器