第5讲_雷达信号的相参检测和处理

第五讲雷达信号的相参检测和处理§1.引言一、使用非相参处理的缺点二、相参处理的原理和发展三、相参处理的几个问题§2.MTI一、分类二、MTI改善因子及参差MTI的频率响应(一)MTI的改善因子(二)参差MTI的频率响应特性(三)参差MTI的权系数设计§3．MTI处理对改善因子和信噪比的损失一、I上限二.、MTI处理损失第五讲雷达信号的相参检测和处理§1.引言一、非相参处理的缺点仅使用幅度信息，失去了相位信息！不能区分目标的运动方向。信号的矢量表示方法XY相位f(t)旋转角速度w旋转角速度-w不能通过时域积累改善信杂比，因杂波相关时间击中数时间对S/N的改善有限，当N=100；S/N的改善约为10dB。即使能获得独立杂波样本，S/C改善也难达到要求。如海杂波，相关时间10~20ms，当采样间隔10~20ms时，为独立样本。积累1s，有50~100个样本，S/C改善10dB，远不满足要求。因输入S/C为-20~-50dB。§1.引言§1.引言二、相参处理的原理和发展同时利用幅度和相位信息本质上属频域处理固定目标，fd=0，f=0，处于零频单根谱线；杂波（地、海），fd约等于0，f0，处于零频或低频有一定谱宽的信号；气象、箔条杂波，fd较高，f0；动目标信号，fd较高（0~fr任意），f0（可近似认为f＝0）。§1.引言相参雷达中：fH(f)气象、箔条杂波0地、海杂波动目标固定目标不同目标信号的频谱特性下图表示了固定目标（杂波）和动目标频谱特性相参检波处理，可获得fd信息§1.引言Pffdfr1固定目标动目标tPRIf0固定目标运动目标()()()tttatSLwcos中()0wttdwvvd422()()()0coswwttatSdL中§1.引言中放LPCOHO()tSL()ts中()tcosLw()tLs锁相()()()()002coscos21coswwwwtttattStSdLdLL中()()()02cos21tftatSdL()移如下：为零中频信号。频谱搬tSL§1.引言LwLw0()dLww)(dLwwf()fSA中dwdw0f()fLSA动目标处理:MTI和MTDMTI一次对消频率响应为梳状滤波器，凹口在fr整数倍处df()drffrf()drff2rf2f()fP固定目标动目标§1.引言Tr输入出缺点：凹口太窄过滤带太缓通带太窄所以杂波抑制差，动目标损失大。改进：多次对消，或反馈型MTI§1.引言发展：水银延迟线如CPS-5D，我国64年581雷达，清华的403MTI，S/C改善18—20dB。熔融石英延迟线（60年代）移位寄存器（70年代）RAM延迟线（80年代初）MTI指标25dB80年代以后，出现MTD,AMTI,AMTD,SMTD等。§1.引言§1.引言三相参处理中的几个问题（一）指标•改善因子--------信号平均增益，----杂波抑制比CSCSI()()ASOUTININOUTINOUTCSCGCCSSCSCSISGAC改善因子----IS/NNA----噪声抑制比杂波中可见度----SCV信、杂重叠；经处理仍能以一定PF和PD检测动目标时的(C/S)in=SCV工程计算SCV=Is/c-6dB§1.引言ASOUTININOUTNSNGNNSSI动目标处理损失----L动目标谱落在凹口或过渡带处时造成信号损失理想fd=0~fr时，=1，实际：定义：AG1AG()dBGLA1log20§1.引言（二）双通道（I,Q）处理的优点1.可克服盲相2.可区分fd（证）单通道可见fd输出均一样，不能分辨目标运动方向！()()()0coswwttatSdL中()()()001coscos22LdLdStatttwww()()()()()0011coscos22LddStattattww§1.引言t多普勒频率回波雷达脉冲采样点盲速的说明t多普勒频率回波盲相的说明I通道雷达脉冲采样点盲相的说明Q通道盲速和盲相XY相位f(t)旋转角速度w旋转角速度-wI(t)Q(t)信号的矢量表示方法（I、Q双通道表示方法）双通道：()()tjLetutSwRe中()()()()()()()()()()tjYtXttjattatjtatuddd000sincosexpwww()()()()()ttYttXtjttjYtXtSLLLL中§1.引言转LPLP中频tLwcos2。90OOHCtLwsin2()()tXtSL()()tYtSL()()()tXttSLtSLpLwcos2中同样()()()tYttSLtSLpLwsin2中§1.引言则有当为－wd时因此，当为正wd时，X(t)和Y(t)差90º；当为-wd时，X(t)和Y(t)差270º。因此，可区分wd了。()()()()()00sincoswwttjattatudd()()()()()00sincoswwttjattatudd§1.引言3.能保留相对中频wL的非对称频谱特性()()()()()()()()()()()()()()1expexp21expexpexpexp21cos*tjtutjtutjtjtatjtjtatttatSLLLLLww中§1.引言实窄带带通信号的复包络表示方法()cjtftew()ftwcw0复包络调制信号实信号()()cos(())Re(())Re(())cccjtjtjtatttateeftewfwwfw|()|Sw|()|Sw下变频单通道:()())()()(()()()()()()()()tjtutjtutututjtjtjtutjtuttSLLLLLLL***中()()()()241*tututSL§1.引言0LfLff0f混选后谱§1.引言正交双通道相参处理该式频谱保留了中频谱中非对称形式()()()()()()32121*tueetuetuetSLtStjtjtjtjpLLLLL中§1.引言()的谱tuf0*该结论的意义：可利用Kalmus滤波器检测杂波中慢目标，正负频率部分绝对值相减消除杂波，保留目标。慢目标杂波f§1.引言0PRI2*PRIt1t1+PRIt1+2*PRI主脉冲信号回波信号主脉冲信号回波信号相参检测和处理，MTI/MTD§2.MTI§2.MTI在同一距离单元上成组或滑动处理，注意这里不需要形成局部的判断0/1，直接在原数据上进行相参处理§2.MTI本质为一低阻，高通滤波器一分类（一）非递归形MTI滤波器（FIR)1AnA2A11Z1Z1ZEi0EnnnniZAZAZEE110《Advancedradartechniquesandsystems》,GaspareGalati,第6章，茅于海，（二）递归型1BnB2B11Z1Z1ZEi0EnnnniBZBZZEE110§2.MTI（三）混合型Ei11B3A1A2B1B2An1Z1Z1ZBn0EnnnnnniBZBZAZAZEE11110§2.MTIMTI滤波器同一距离单元的信号回波序列X(n)(I、Q双通道数据)，间隔为PRI抑制杂波，提高改善因子MTI滤波器非递归型有：一次对消()11ZZH()rfTSinfH2rfTSin2rT10rT1rT2f§2.MTI2)二次对消当K=2时，还有多次对消MTI滤波器()211ZKZZH()2121ZZZH()24rfTSinfHfrT1rT10rT2§2.MTI一次和二次对消器的比较051015202530-50-40-30-20-100102Tap1Tap混合型有()()()11ZZWKZXZW()()()1ZZWZWZY()ZX1Z1K()ZY()ZW§2.MTI一个极点一个零点1KZ1Z()()()11111ZKZZXZYZH()fHf§2.MTIMTI频率响应的评价：凹口越深越好；过渡带越陡越好；通带应尽量平坦和宽。§2.MTI二MTI改善因子及参差MTI的频率响应(一)MTI的改善因子等重频情况令采样间隔为ti，i=1,2,…,N，t1=0。即t1=T1=0,t2=…=tN=Tr，各采样点相对t1的时延为niintT111Tt2T5T4T3T2t5t4t3t0§2.MTIMTI的加权矢量W为（FIR):MTI频率响应为：()12,,,,TNiiiW()1iNjTTiiHwewwWV§2.MTI其中，12NjTjTjTeeeV线性系统H(w)输入平稳随机过程X(t)，功率谱为X(w)输出平稳随机过程Y(t)，功率谱为Y(w)Y(w)=X(w)|H(w)|2()()ASOUTININOUTINOUTCSCGCCSSCSCSIMTI改善因子的计算公式：()()2*()11**ijiNNjTTjijTHTGHwweWVVWWRW则MTI的增益为：R矩阵的对角线元素为1，该矩阵为Hermit矩阵。平均增益为：()()0000000*0**11212limlimTNTiiiGGddWR§2.MTI即得到了信号的平均增益。()()()()fCfCfCfCM21设杂波由多种杂波组成，功率谱为：可能包含各种杂波类型。改善因子为：()()()()()()()()dffGfCCGdffGfCdffCdffSdffGfSCSCSIiiiiics00/GiC§2.MTI和杂波的自相关函数有什么关系？其中()()()()()()*11*112*112*CWWCCCwwdfefCwwdfewwfCdffGfCTiiNiNjijjiNiNjTTfjjiNiNjTTfjjijiji§2.MTI杂波自相关矩阵的第ij个元素其中，令杂波相关矩阵为C=[Cij]，Cij代表用杂波功率归一化后的C的元素上式基于相关阵各元素与功率谱间互为傅立叶变换，且为输入杂波功率。()()dfefccCfTTjiijji21()dffcci§2.MTI***C所以，有：对相关阵C,有以下关系：和W0为相关阵C的特征值和相应的特征向量。令当=min时，而与min相对应的W0,即为最佳加权矢量*0*0WCW0WW1*00*00CSCSIIopTW§2.MTI总结设计Wopt和求Imax的步骤为：构造杂波协方差阵C特征分解得找与min相对应的W0PT求得*0*0WCWminmax1I§2.MTI(二)参差MTI的频应特性为克服等频状态下的盲速，采用重频参差技术，可将速度响应的零点推出几倍马赫之外。1、等重频时N阶MTI的加权系数为Wn，n=1,2,……,N则系统