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1、第六章第六章运动目标检测运动目标检测 MTI Moving Target Indication MTD Moving Target Detection 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 1 1 时域特性时域特性 发射信号发射信号 1001 coscos ttt uUUt 接收信号接收信号 00102 coscos rrrrr uUUtt 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 1 1 时域特性时域特性 固定目标固定目标 21020 r t 常数常数 相位差相位差 回波信号频率回波信号频率 02 20 1 22 d ff dt 常数常数 运动目标运动
2、目标 0r RRv t 发现目标的起始点发现目标的起始点 径向径向运动速度运动速度 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 1 1 时域特性时域特性 运动目标运动目标 2 r R t c 0 2 r Rv t c 0 200102 2 r Rv t t c 200 2 r v fff c 0 2 r d v ff c 回波信号频率回波信号频率 相位差相位差 func t 1 1 时域特性时域特性 径向速度的概念径向速度的概念 sin r vv 目标静止目标静止 sinsin rgt vvv 平台平台 目标都运动目标都运动 g v t v o 二维二维 t v 三维三维 g
3、v o sincos rt vv 平台静止平台静止 目标运动目标运动 t v 90o 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 2 2 频域特性频域特性 f sin f f 1 1 2 2 00 sin T P tt t t T P t f 0 1 f 0 f 幅度值幅度值 零点位置零点位置 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 2 2 频域特性频域特性 t r T f 0 1 f 0 f 0 1 r f T 时域脉冲串时域脉冲串 无限延拓无限延拓 谱线之间的间隔谱线之间的间隔 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 2 2 频域特性
4、频域特性 时域脉冲串时域脉冲串 有限延拓有限延拓 T MTr sin Tf Tf f 0 1 f 0 f f sin Tf Tf T r T 的影响的影响 一一 动目标与固定目标信号的特点动目标与固定目标信号的特点 2 2 频域特性频域特性 f 0 1 d r ff T 0d ff 0 1 d r ff T 0 d ff 运动目标频谱运动目标频谱 0 1 r f T 固定目标频谱固定目标频谱 f 0 f 0 1 f 二二 动目标多普勒信息提取方法动目标多普勒信息提取方法 相干信号相干信号 同一信号的两个部分同一信号的两个部分 或在时间上具有严格联系性的两个信号或在时间上具有严格联系性的两个信号
5、 相干法相干法 利用相干信号作为回波信号相位比较基准的方法利用相干信号作为回波信号相位比较基准的方法 相干雷达相干雷达 采用相干法的雷达采用相干法的雷达 通常用于动目标检测通常用于动目标检测 连续波多普勒雷达连续波多普勒雷达 脉冲多普勒雷达脉冲多普勒雷达 二二 动目标多普勒信息提取方法动目标多普勒信息提取方法 1 1 连续波多普勒雷达连续波多普勒雷达 接收机接收机 基准信号基准信号 二二 动目标多普勒信息提取方法动目标多普勒信息提取方法 1 1 连续波多普勒雷达连续波多普勒雷达 基准信号基准信号 0 U 回波信号回波信号 r U 检波器检波器 r 0 UU 固定目标固定目标 运动目标运动目标
6、初始相位差初始相位差 0r UU 通常通常 0 cos r UUU 00 cos rd UUt 优点优点 简单简单 缺点缺点 直接在载频上进行检波直接在载频上进行检波 相检器产生的噪声大相检器产生的噪声大 解决办法解决办法 边带超外差接收机边带超外差接收机 直接检波的优缺点直接检波的优缺点 边带超外差接收机连续波多普勒雷达边带超外差接收机连续波多普勒雷达 0 f 连续波连续波 发射机发射机 混频器混频器 边带滤波器边带滤波器 接收机接收机 混频器混频器 中频本振中频本振 中频中频 放大器放大器 相位相位 检波器检波器 多普勒多普勒 滤波器滤波器 显示器显示器 0 f c f cd ff d f
7、 c f 0d ff 0c ff 00 c fff 镜像问题镜像问题 cos dd utKt d d 采用采用I Q通道通道 cos sin d jt dd s ttjte 由于发射信号有限长所引入的频谱展宽由于发射信号有限长所引入的频谱展宽 二二 动目标多普勒信息提取方法动目标多普勒信息提取方法 2 2 相关脉冲多普勒雷达相关脉冲多普勒雷达 基准信号基准信号 0 U 检波器检波器 r 0 UU 固定目标固定目标 相邻脉冲的相位差相邻脉冲的相位差 0 2 rr dr v T T c 相邻脉冲间的时延变化量相邻脉冲间的时延变化量 22 rr r v TR t cc 运动目标运动目标 1 d f
8、2 2 相关脉冲多普勒雷达相关脉冲多普勒雷达 续续 多普勒信息提取方法多普勒信息提取方法 d f 1 d f 通常通常采用多个脉冲提取采用多个脉冲提取 1 d f 如果如果采用单个脉冲提取采用单个脉冲提取 d f 闪烁闪烁 蝴蝶效应蝴蝶效应 2 2 相关脉冲多普勒雷达相关脉冲多普勒雷达 续续 盲速盲速 1 dr r ff T d F检波器得到的频率检波器得到的频率 0 d F 盲速盲速 有运动目标有运动目标 但不呈现但不呈现 蝴蝶效应蝴蝶效应 2 r dr v fnf 1 2 rr vnf 第一盲速第一盲速 第二盲速第二盲速 2 2 相关脉冲多普勒雷达相关脉冲多普勒雷达 续续 频闪频闪 Rec
9、all Nyquist采样定理采样定理 相位模糊的概念相位模糊的概念 dd Ff 频闪频闪 相干检波器输出的脉冲包相干检波器输出的脉冲包 络调制频率不等于回波信号的多络调制频率不等于回波信号的多 普勒频率普勒频率 出现频闪的条件出现频闪的条件 2 rd ff 高速运动目标时容易出现频闪高速运动目标时容易出现频闪 目标的多普勒频移目标的多普勒频移 提取的提取的 多普勒多普勒 频移频移 2 2 相关脉冲多普勒雷达相关脉冲多普勒雷达 续续 三个概念三个概念 频闪频闪 闪烁闪烁 盲速盲速 都是由于脉冲工作体制引入的都是由于脉冲工作体制引入的 三三 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作
10、原理及主要组成 目的目的 抑制固定目标抑制固定目标 提取运动目标信息提取运动目标信息 原理原理 利用运动目标和固定目标在频谱上可分离利用运动目标和固定目标在频谱上可分离 系统构成系统构成 相干振荡器相干振荡器 相干检波器相干检波器 对消器对消器 分类分类 中频全相参中频全相参 干干 动目标显示动目标显示 适于主振放大式发射机适于主振放大式发射机 锁相相参动目标显示锁相相参动目标显示 适于自激振荡式发射机适于自激振荡式发射机 如末级为磁控管如末级为磁控管 1 1 基本原理框图基本原理框图 采用主振放大式发射机采用主振放大式发射机 中频全相参中频全相参 干干 MTIMTI雷达框图雷达框图 中频全锁
11、相脉冲相参中频全锁相脉冲相参MTIMTI雷达框图雷达框图 采用自激振荡器采用自激振荡器 相位随机相位随机 在中频上实现锁相在中频上实现锁相 2 2 消除固定目标回波消除固定目标回波 通常的方法通常的方法 混频后的固定目标频谱混频后的固定目标频谱 1 r T f 01 1 r r fnnf T a 频谱抑制法频谱抑制法 b 对消器对消器 实质实质 在在形成滤波凹口形成滤波凹口 r fnf 2 2 消除固定目标回波消除固定目标回波 一次对消器一次对消器 0 cos rd u tUt 0 cos rdr u tUtT 检波器检波器延迟延迟Tr u t u t y t u t 0 2sinsin 22
12、 drdr rd TT y tu tu tUt 幅度幅度 正弦信号正弦信号 消除了固定目标消除了固定目标 同时引入运动目标的盲速同时引入运动目标的盲速 2 dr T n 时时 dr fnf 0y t 2 2 消除固定目标回波消除固定目标回波 一次对消器的频域分析一次对消器的频域分析 1 cos sin rr TjT Z 1 x n 1 x n y n 1 r j T Y He X 传递函数传递函数 1 y nx nx n 1 1H zz max sin 2 r TH H max H H 一次对消器的缺点一次对消器的缺点 凹口窄凹口窄 上升时间长上升时间长 2 2 消除固定目标回波消除固定目标回
13、波 二次对消器二次对消器 2 1 r j T Y He X 传递函数传递函数 2 max sin 2 r TH H Z 1 x n 1 x n Z 1 y n 杂波杂波 一次对消一次对消 二次对消二次对消 对消器对固定杂波的消除对消器对固定杂波的消除 分析分析 二次对消较一次对消有所改善二次对消较一次对消有所改善 通带内频响不均匀通带内频响不均匀 属于有限脉冲响应属于有限脉冲响应 FIR 滤波器滤波器 1 1H zz 2 1 1H zz 零点零点 z 1 极点极点 z 0 零点零点 极点距离远极点距离远 递归型滤波器的设计递归型滤波器的设计 一次对消一次对消 无限脉冲响应无限脉冲响应 IIR
14、滤波器滤波器 1 1H zz 传递函数传递函数 传递函数传递函数 非递归型非递归型 递归型递归型 递归型滤波器的设计递归型滤波器的设计 一次对消一次对消 非递归型非递归型 递归型递归型 零零 极点分布极点分布 零零 极点分布极点分布 极点趋于零点极点趋于零点 频响更平坦频响更平坦 但凹口但凹口 会变窄会变窄 由于是由于是IIR型型 有限脉冲干扰的影响有限脉冲干扰的影响 递归型滤波器的设计递归型滤波器的设计 二次对消二次对消 传递函数传递函数 传递函数传递函数 非递归型非递归型 递归型递归型 两个零点两个零点 两个零点两个零点 两个极点两个极点 递归型滤波器的设计递归型滤波器的设计 二次对消二次
15、对消 非递归型非递归型 递归型递归型 多次相消梳状滤波器多次相消梳状滤波器 零零 极点的设计极点的设计 3 3 消除运动杂波消除运动杂波 目标目标 滤波器的凹口对准杂波中心滤波器的凹口对准杂波中心 1 1 j H ze z 杂波杂波 一次对消一次对消 二次对消二次对消 df 技术技术 设计零点设计零点 2 dr jff ze j z e df 复数滤波器复数滤波器 输出功率输出功率 自适应动目标显示自适应动目标显示 AMIT Adaptive Moving Target Indication 杂波频谱中心变化杂波频谱中心变化 滤波器的凹口应滤波器的凹口应自适应自适应地对准杂波中心地对准杂波中心
16、 1 1 j H ze z 1 1 H zw z 自适应因子自适应因子 Tr x t y t w r y tx twx tT 2 0 PEy E y t y t 0 rr PEx twx tTx twx tT rrr E x t x tE w x t x tTE wx t x tTE ww x t x tT 采用最小输出功率准则采用最小输出功率准则0 0 P w r opt rr Ex t x tT w Ex tT x tT 利用利用Cauchy Reimann Eq 多级多级FIR型的型的AMTI 频谱补偿法滤除运动杂波频谱补偿法滤除运动杂波 频谱搬移频谱搬移 四四 盲速盲速 盲相的影响及解决途径盲相的影响及解决途径 1 1 盲速盲速 盲速的原因盲速的原因 d F检波器得到的频率检波器得到的频率 dr fnf 2 r r v nf 1 2 rr vnf 1 1 盲速盲速 从对消器的角度分析从对消器的角度分析 max H H 盲速区盲速区 dr fnf 盲速盲速 最大不模糊的速度最大不模糊的速度 1 2 dr ff m a x 2 1 2 r r v f max 4 rr vf Rec
