【正文】 合肥工業(yè)大學(xué)理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)2006屆畢業(yè)論文集 目 錄中文摘要 1英文摘要 21 引言 3 研究背景及意義 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和主要工作 42 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)基本原理 6 多普勒效應(yīng) 6 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)的工作原理 8 動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)雷達(dá)的工作原理 8 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)的工作原理 103 MTD多普勒濾波器組的設(shè)計(jì) 13 加權(quán)DFT實(shí)現(xiàn)MTD濾波 13 DFT濾波器分析 13 窄帶濾波器組信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn) 15 FIR實(shí)現(xiàn)MTD多普勒濾波器 16 設(shè)計(jì)思路 17 MTD多普勒濾波器組的設(shè)計(jì) 17 MTD/MTI雷達(dá)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 204 MTD雷達(dá)中預(yù)處理模塊設(shè)計(jì) 23 乒乓操作 23 乒乓操作的處理流程 23 乒乓操作的特點(diǎn) 23 乒乓操作的應(yīng)用 25 MTD雷達(dá)匹配濾波器的總體結(jié)構(gòu) 26 MTD雷達(dá)中預(yù)處理模塊設(shè)計(jì) 27 多路選擇器的設(shè)計(jì) 28 計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 30 MTD雷達(dá)預(yù)處理模塊設(shè)計(jì) 32總 結(jié) 34謝 辭 34參考文獻(xiàn) 35摘要：在高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，探測(cè)敵方的進(jìn)攻目標(biāo)(如飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇等)是一個(gè)重要問(wèn)題。它實(shí)際上是一個(gè)解決在密集的雜亂回波中發(fā)現(xiàn)感興趣的目標(biāo)的問(wèn)題，即所謂的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)。本文對(duì)MTD雷達(dá)技術(shù)的核心(多普勒濾波器組)進(jìn)行了深入的研究和設(shè)計(jì)。文章主要分為以下四個(gè)部分：首先，本文對(duì)研究課題的背景及其意義進(jìn)行了一個(gè)大概的說(shuō)明。其次，對(duì)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)的基本原理進(jìn)行了全面而詳細(xì)的介紹，如MTD的主要功能，其中，對(duì)于與MTD極其相關(guān)的動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)也進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。再次，對(duì)MTD雷達(dá)技術(shù)的核心(多普勒濾波器組)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，文中應(yīng)用了加權(quán)DFT和FIR這兩種方法實(shí)現(xiàn)MTD濾波，并給出了MTD性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。最后，對(duì)MTD濾波器輸入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)這一問(wèn)題用預(yù)處理乒乓操作進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和說(shuō)明。關(guān)鍵詞：動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)，動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)，濾波器，乒乓操作，設(shè)計(jì)Abstract：In hightech warfare, detecting enemy’s offensive goals (such as aircraft, missiles, ships, etc.)is an important issue. In fact, it is a solution about how to found the interesting objectives in the intensive mess echo., the socalled Moving Target Detection (MTD). In this paper, I spent much time and many words on the research of the core of MTD radar technologythe design of Doppler Filter Team. The article is divided into four main parts:First, There is a general description about the background of this topic and its significance. Secondly, the basic principles of the Moving Target Detection (MTD) radar are prehensive and detailed introduced, such as the main function of MTD. In addition, the Moving Target Indication(MTI) which is Extremely relevant with MTD is also conducted a brief introduction. Thirdly, There are some design and analysis that I did on the MTD radar technology core (Doppler Filter Team), and the two approaches—DFT and FIR were applicated in achieving MTD filter. At the same time some of the MTD performance evaluation indicators were given. Finally, how to store the input data of MTD filter in the design was designed with the pingpong operation, and the simulation results were analysed and described.Keyword: Moving Target Detection (MTD), Moving Target Indication(MTI), Filter, Pingpong operation , Design1 引言 研究背景及意義雷達(dá)是用來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和測(cè)量目標(biāo)的無(wú)線電電子系統(tǒng)。雷達(dá)工作的物理基礎(chǔ)是物體對(duì)電磁波的反射現(xiàn)象。雷達(dá)的兩個(gè)主要特征是，它具有遠(yuǎn)距離探測(cè)目標(biāo)和對(duì)目標(biāo)進(jìn)行較高精度定位的能力。雖然雷達(dá)技術(shù)主要因軍事應(yīng)用而得到發(fā)展，但它也在許多民用領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，比如船舶和飛機(jī)的導(dǎo)航就是典型的例子。 從50年代末以來(lái)，由于航空與航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等采用雷達(dá)作為探測(cè)和控制的手段，尤其是在60年代研制的反洲際彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)，對(duì)雷達(dá)提出了高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨率及多目標(biāo)測(cè)量等要求。由于解決了一系列的關(guān)鍵性問(wèn)題，雷達(dá)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的新階段，如脈沖壓縮技術(shù)的采用；單脈沖雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)研制的成功；脈沖多卜勒雷達(dá)體制的研制成功，使雷達(dá)能測(cè)量目標(biāo)的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，并具有良好的抑制地物去干擾等的能力；由于雷達(dá)中數(shù)字電路的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)與雷達(dá)的配合使用，使雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計(jì)發(fā)生了根本性的變化。雷達(dá)采用這些先進(jìn)技術(shù)后，工作性能大為提高。60年代相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)大量用于戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)，這期間研制成功的主要相控陣?yán)走_(dá)，包括美國(guó)陸軍的“愛(ài)國(guó)者”、海軍的“宙斯盾”等。進(jìn)入90年代，盡管冷戰(zhàn)結(jié)束，但局部戰(zhàn)爭(zhēng)仍然不斷，特別是由于海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的刺激，雷達(dá)又進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期；對(duì)雷達(dá)觀察隱身目標(biāo)的能力、在反輻射導(dǎo)彈(ARM)與電子戰(zhàn)(CEW)條件下的生存能力和工作有效性提出了更高的要求，對(duì)雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)特征參數(shù)和進(jìn)行目標(biāo)分類、目標(biāo)識(shí)別有了更強(qiáng)烈的需求。隨著微電子和計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，雷達(dá)的技術(shù)性能也在迅速提高，在軍事上的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。雷達(dá)是在不斷發(fā)展變化的：一方面它綜合應(yīng)用各種新技術(shù)、新器件來(lái)完善和提高自身的性能，另一方面不斷出現(xiàn)的各種新技術(shù)的應(yīng)用，也促使雷達(dá)不斷的改善。在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，雷達(dá)所面臨的電磁信號(hào)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存能力便成為衡量雷達(dá)性能指標(biāo)的重要標(biāo)志。為了抵御各種有源和無(wú)源干擾，現(xiàn)代雷達(dá)采取了各種各樣的抗干擾措施，概括起來(lái)，可以歸納為時(shí)域抗干擾、頻域抗干擾和空域抗干擾三個(gè)方面。 雷達(dá)信號(hào)的頻域抗干擾措施主要包括動(dòng)目標(biāo)顯示(MTT)、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)和脈沖多普勒(PD)技術(shù)等。廣義講，MTD是PD的一種特例，一般認(rèn)為MTD是一種低重復(fù)頻率的PD處理。但MTD與PD處理的基木原理是相同的?，F(xiàn)在，MTD處理己成為雷達(dá)抗干擾(尤其是抗雜波干擾和箔條干擾)的重要手段，在現(xiàn)代雷達(dá)中得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著不可替代的作用。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1974年美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制出了新型的需達(dá)信號(hào)頻域處理裝置——?jiǎng)幽繕?biāo)檢測(cè)器，為第一代MTD。它主要由一個(gè)傳統(tǒng)的三脈沖MTI對(duì)消器級(jí)聯(lián)一個(gè)8點(diǎn)FFT構(gòu)成，這一8點(diǎn)FFT等效為一組相鄰有覆蓋的窄帶濾波器組，它實(shí)際上就是用作脈沖串回波相參積累的匹配濾波器。第二代MTD在70年代末推出，它的主要改進(jìn)是：其一，在匹配濾波處理后對(duì)同一單元不同濾波器頻道的輸出分別進(jìn)行自適應(yīng)門(mén)限調(diào)整，即分頻道CFAR處理；其二，增加了所謂“飽和/干擾”試驗(yàn)電路，用于封鎖特別強(qiáng)干擾的對(duì)應(yīng)距離單元的輸出；其三，具備了一定的氣象估測(cè)能力，這主要是ATC需達(dá)所要求的。更新一代的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是自適應(yīng)MTD(AMTD),其關(guān)鍵是實(shí)時(shí)檢測(cè)雜波的存在，判定雜波強(qiáng)度(如強(qiáng)/中/弱)甚至特性，據(jù)此對(duì)存儲(chǔ)的雜波圖進(jìn)行修正，并自動(dòng)產(chǎn)生或選擇濾波器加權(quán)因子，以期在保證對(duì)地雜波的高度抑制的前提下，盡量減小對(duì)氣象(如雨)雜波的靈敏性(低的多普勒旁瓣),并具有最小的主瓣寬度和最小的信噪比(SNR)損失。目前MTD技術(shù)己成為雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理機(jī)的核心技術(shù)。伴隨著視頻數(shù)字集成電路，特別是FFT,DSP以及PLD硬件的發(fā)展，使MTD技術(shù)得以在脈沖多普勒(PD)雷達(dá)引信信號(hào)處理機(jī)的硬件上實(shí)現(xiàn)，并使引信在12ms內(nèi)完成對(duì)背景干擾下動(dòng)目標(biāo)的三維探測(cè)和對(duì)回波更具細(xì)節(jié)的檢測(cè)與識(shí)別成為可能，這大大提高了系統(tǒng)的信噪比和信干比。 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和主要工作本文對(duì)MTD的核心技術(shù)(多普勒濾波器組)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，多普勒濾波器組的設(shè)計(jì)首先要解決的問(wèn)題是濾波器的設(shè)計(jì)，而濾波器的設(shè)計(jì)方法多種多樣，其中最常用的方法有三種：窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率抽樣設(shè)計(jì)法和切比雪夫加權(quán)設(shè)計(jì)法。本文在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)應(yīng)用了窗函數(shù)法，選擇了相對(duì)理想的窗口(漢明窗)，從仿真出來(lái)的結(jié)果看，還很理想，其旁瓣較低，主瓣寬度也比較窄。各個(gè)濾波器設(shè)計(jì)好之后，接下來(lái)就是對(duì)各個(gè)濾波器進(jìn)行加權(quán)處理，實(shí)現(xiàn)多普勒濾波器組。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的多普勒濾波器組，具有濾波精度高、處理速度快、可編程特性好的特點(diǎn)。多普勒濾波器組的實(shí)現(xiàn)另一個(gè)比較核心的問(wèn)題是濾波器輸入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，由于MTD雷達(dá)原理的別樣性，文中采用了預(yù)處理乒乓操作對(duì)MTD濾波器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。由于預(yù)處理乒乓操作通過(guò)“輸入數(shù)據(jù)選擇單元”和“輸出數(shù)據(jù)選擇單元”按節(jié)拍、相互配合的切換，所以經(jīng)過(guò)緩沖的數(shù)據(jù)流沒(méi)有停頓地送到“數(shù)據(jù)流運(yùn)算處理模塊”進(jìn)行運(yùn)算與處理。這樣不僅節(jié)省了很多等待的時(shí)間，而且也節(jié)約了緩沖區(qū)空間。在對(duì)MTD預(yù)處理模塊設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)具有控制功能的多路選擇器和計(jì)數(shù)器是本課題的關(guān)鍵，所以這兩個(gè)小模塊的設(shè)計(jì)是MTD預(yù)處理模塊設(shè)計(jì)中心問(wèn)題。2 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)基本原理雷達(dá)要探測(cè)的目標(biāo)，通常是運(yùn)動(dòng)著的物體，例如空中的飛機(jī)、導(dǎo)彈，海上的艦艇，地面的車輛等。但在目標(biāo)的周圍經(jīng)常存在