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第八章 运动目标检测及测速

  第八章 运动目标检测及测速_物理_自然科学_专业资料。第八章 运动目标检测及测速 第二节 MTI雷达工作原理及组成 §8.2.1 基本工作原理 相位检波器的输入端加上 在整个接收信号期间连续 存在的基准电压(和发射 信号频率相参且保存发射 信号的初相

  第八章 运动目标检测及测速 第二节 MTI雷达工作原理及组成 §8.2.1 基本工作原理 相位检波器的输入端加上 在整个接收信号期间连续 存在的基准电压(和发射 信号频率相参且保存发射 信号的初相),各种回波 信号均与基准电压比较相 位;相检器输出的视频脉 冲串(固 等幅,动 调 幅),在送到终端前将采 用相消设备消去固定杂波, 保存运动目标信息。 相参电压获取 固定杂波消除 §8.2.2 获得相参振荡电压的方法 ? 中频全相参动目标显示 此时的相位为 ωct+ω0tr+φc ? 锁相相参动目标显示 每一重复周期的发射 脉冲高频起始相位是 随机的,不是全相干。 为得到与发射脉冲起 始相位保持严格关系 的基准电压,可用高 频锁相或中频锁相 (对应于高频相检和 中频相检),即在发 射脉冲中取出很少一 部分能量用以控制高 频或中频相干振荡的 相位,使其与发射脉 冲相位同步。 脉冲 磁控管 调制器 发射机 高频锁相脉冲 混频器 中频锁相脉冲 稳定本振 收发开关 高频回波脉冲 混频器 中频回波 中频相参 相参电压 相位 中频回波 中频 振荡器 检波器 放大器 对消器 对消视频 §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 滤波器组,每个滤波单元抑制其中一个n fr 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。 对消法 ? 相消设备特性 时域观点 延迟一个T r 相减 包络振幅 相消后的信号包络 相消设备输出速度响应 当 当 时,输出振幅 时, 为零,出现盲速 最大,即对动目标有最佳响应 频域观点 ? 数字相消器 相干视频 采样保持电路 模数转换电路 数字延迟线 延迟 数字信号 相减器 相消视频 数模转换电路 输出 习题 第三节 盲速盲相的影响及其解决途径 §8.3.1 盲速 ? 盲速及消除盲速的方法 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 最大单值不模糊距离 例: ? 常用解决办法:首先保证测距无模糊,再解决测速 模糊问题。 ? 参差重复频率对动目标显示性能的影响 设 f r 1 、 f r 2 均满足无模糊测距 对消器输出分别为: 不采用参差重频时: 采用参差重频时: 同时盲速称为等效第一盲速 vr0 取 n 1、 n 2互为质数 采用N个参差重复频率时: §8.3.2 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。 ? 点盲相和连续盲相 基准电压方向 对消输出 相检器输出 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) ? 中频对消 思路:直接取出反射回波 的差矢量,可避免盲相和 回波振幅的多普勒调制 对于相参中频信号,相邻重复周期的动目标回波可分别写为 中频对消器 输 出电压振幅 ? 中频对消的缺点 当中频为重复频率的整数倍,即 时,中频对消能消 除零速的固定杂波,此时输出中频信号振幅为 , 当 时,输出也为零 盲速。盲速是由于脉冲取 样工作方式产生的,因而中频对消不能解决,只有用高重复 频率或参差重复频率才能在一定范围内解决盲速影响。 零中频处理 ? 正交双通道处理 ? 零中频处理的理论分析 例: 时, ,ωd的正负无法判断。 习题 第四节 回波和杂波的频谱及 动目标显示滤波器 ? 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。 §8.4.1 目标回波和杂波的频谱特性 ? 目标回波的频谱特性 雷达发散相参脉冲串,脉宽为τ,重复频率为 f r 。 天线不扫描时,目标回波为无限脉冲串。 调制信号: 高频连续振荡: 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 - f d + fr fd + fr ? 杂波频谱 除固定建筑物外,杂波均属于分布杂波,包含内部运动。 天线不扫描时,固定杂波频谱位于nf r 处,用对消器可以全 部滤去。 天线扫描时,杂波谱展宽可用高斯函数表示: 实验测定,当频率 f=1GHz时,杂波功率谱可表示如下: ? 关于杂波的总结 ? 杂波平均速度为零而只有内部起伏时,杂波的 频谱位置在 nf r 上,但每根谱线均展宽。如果 杂波有平均速度,则会产生多卜勒频移。 ? 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。展宽影响MTI 的质量。 §8.4.2 动目标显示滤波器 ? 地杂波的功率谱 均匀分量的功率谱密度 杂波特性决定的梳状分量 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。 ? 一次相消器 ? 递归型一次相消器 ? ? ? ? ? 引入了新的极点,z=K1,K11 滤波器的频率响应为单位圆上的点到零点的长度除去该点 到极点的长度。 若K 接近于1,则凹口越窄,其他部分越平坦。 简单的MTI 中,利用此法来扩大速度相应范围。 递归型滤波器:灵活,暂态响应长。 ? 二次相消器 k=2 k=+2~-2 ? 递归型二次相消滤波器 第五节 动目标显示雷达的 工作质量及质量指标 §8.5.1 质量指标 ? 改善因子(I) MTI系统输出端信杂比(功率比)和输入端信杂比之比。 0 系统对信号的 由于: 平均功率增益 ? 信杂比改善(ISCR) 多普勒滤波器输出端信杂比和输入端信杂比之比。 ? 杂波中的可见度SCV 在给定检测概率和虚警概率条件下,检测到重叠于杂波 上的运动目标时,杂波功率和目标回波功率的比值。 定义:当系统输出端信号功率与对消剩余杂波功 率之比 等于发现动目标回波信号所需的数 值V0时,接收机输入端的杂波功率与信号功率 之比 。 第六节 动目标检测(MTD) 为弥补MTI的缺陷,由最佳滤波器理论发展起来。 优点: ? 增大信号处理的线性动态范围 ? 增加一组多普勒滤波器,使之更接近最佳滤波 ? 能抑制地杂波,且能同时抑制运动杂波 ? 增加一个或多个杂波图,帮助检测切向飞行大目标 §8.6.1 限幅的影响和线性MTI ? 限幅的影响 对消器输出的杂波剩余功率 强杂波时,大的杂波剩余将使 Pfa 明显增大及终端饱和。 若中频采用限幅中放,限幅电平 L选择满足 L / Ni = I,则相消 器输出的杂波功率近似为噪声电平,得到近似恒虚警的性能。 限幅会使杂波背景上的运动目标信号受到损失,使杂波谱展 宽,加大杂波剩余,而且增加相消次数不能有效提高 I。 ? 线性MTI的实现框图 高中频线性化:通过AGC 实现大的动态范围; 增益控制 要求快速且电压与杂波强度成比例,相继周期的增益变化 是准确、已知的。 储存杂波图来控制各个距离单元的中放增益。 §8.6.2 多卜勒滤波器组 ? 理论推导 对相参脉冲串 进行匹配滤波 单个脉冲的 匹配滤波器 ? 具体实现 N个输出的横向滤波器(N 个脉冲和 N-1 个延迟线),经 过个脉冲的不同加权并求和,可做成N 个相邻的窄带滤波 器组。覆盖范围0 ~ fr 。 ? 窄带滤波器组信号处理的优点 ? 信噪比提高:白噪声N 倍;有色杂波,各个滤 波器输出端 I 均有提高:越靠近杂波中心的滤 波器,改善程度越差;杂波谱越宽,改善程度 越差。 ? 通过改变特定滤波器的检测门限,对运动杂波 亦可抑制。 第八节 速度测量 v vr 2 vr fd ? ? vr ? v ? cos? ? 连续波雷达测速 ? 脉冲雷达测速 窄带滤 波器f1 输入0 ~ fd max 窄带滤 波器f2 频率计1 1 … N 频率计2 0 fd max f 窄带滤 波器fN 频率计N ?图 8.39 多卜勒频率测量 ? 连续波雷达测速 二次检波后,提取多普勒频率,测出目标速度。 ?8.8.2 脉冲雷达测速 ? 和连续波雷达测速不同之处在于 , 取样工作后信号频谱 和对应窄带滤波器的频响均是按雷达重复频率 fr, 周期地重复出 现, 因而将引起测速模糊。为保证不模糊测速, 原则上应满足: 1 f d max ? f r 2 ?式中,fdmax为目标回波的最大多卜勒频移 , 即选择重复频率fr 足够大, 才能保证不模糊测速。因此在测速时, 窄带滤波器的数 目N通常比用于检测的MTD所需滤波器数目要多。 ? 有时雷达重复频率的选择不能满足不模糊测速的要求 , 即由窄带滤波器输出的数据是模糊速度值。 要得到真实的速度 值, 就应在数据处理机中有相应的解速度模糊措施。解速度模 糊和解距离模糊的原理和方法是相同的。

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