【正文】 達(dá)分辨力越低，這時進(jìn)人雷達(dá)接收機(jī)的雜波功率也越強(qiáng)，為了達(dá)到觀察到目標(biāo)時所需信號雜波比，就要求雷達(dá)的改善因子()或雜波中可見度進(jìn)一步提高。因為除了信號處理的能力外，雷達(dá)在雜波中檢測目標(biāo)的能力還和其分辨單元大小有關(guān)。 在用分貝表示時，雜波可見度比改善因子小一個可見度系數(shù) (318) 雜波中可見度和改善因子都可用來說明雷達(dá)信號處理的雜波抑制能力。例如雜波中可見度為20dB時，說明在雜波比目標(biāo)回波強(qiáng)100倍的情況下，雷達(dá)可以檢測出雜波中的運動目標(biāo)來，如果雜波強(qiáng)度再大一些該雷達(dá)就無能為力了。雜波中可見度(SCV) SCV的定義為：雷達(dá)輸出端的功率信雜比等于可見度系數(shù)時，雷達(dá)輸人端的功率信雜比。改善因子()改善因子的定義是輸出信號雜波功率比和輸人信號雜波功率比()之比值，即 (315) 與CA的關(guān)系是 (316)其中 (317)這里和為在所有可能徑向速度上取平均的信號功率，為系統(tǒng)對信號的平均功率增益。雜波衰減(CA)和對消比(CR)雜波衰減(CA)定義為輸入雜波功率和對消后同一雜波的剩余功率之比，即 (312)有時也用對消比來表示。特別需要指出的是任意點數(shù)的FFT濾波器的0號濾波器，從上面的分析可以看出，0號濾波器是一個低通濾波器，對雜波沒有抑制作用，一般將0號濾波器的輸出作雜波圖處理。下面分別繪出8點FFT和16點FFT真實工作時的濾波特性。在實際的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)把回波信號最強(qiáng)的濾波器的輸出作為真實的目標(biāo)信號。對FFT點數(shù)的選擇需要綜合系統(tǒng)對速度分辨率和實時性的要求以及雷達(dá)一個掃描周期內(nèi)收到的回波數(shù)等因素來決定。 16點多普勒濾波器的頻率響應(yīng)圖，隨著FFT點數(shù)的增多，濾波器的頻率分辨率也在增大，也即雷達(dá)對速度的分辨率也越高。 濾波器幅頻特性〔)同理，也可以算出k=1,2,3,4,5,6,7時的頻率響應(yīng)，…，這樣組合就可以得到8點多普勒濾波器的頻率響應(yīng)圖?；\統(tǒng)地講，最佳FIR濾波器用作多普勒濾波器的設(shè)計思路和原則是：在由系統(tǒng)整機(jī)要求確定了濾波器個數(shù)的前提下，應(yīng)使分開設(shè)計的各濾波器主峰位置及形狀在內(nèi)均勻(或基本均勻)覆蓋，以至不丟失處于任何多普勒頻率(一般零多普勒除外)的目標(biāo)；在確定了各個濾波器的理想帶通特性后，按某一最佳準(zhǔn)則并在所要求的指標(biāo)(主要是改善因子及相關(guān)的主瓣帶寬、旁瓣電平及特定處凹口深度等)的限制下使設(shè)計的濾波特性逼近；按傅里葉逆變換獲得每個濾波器的單位脈沖響應(yīng)，此即為橫向濾波器的加權(quán)因子(系數(shù))，k對應(yīng)濾波器號，；n對應(yīng)不同重復(fù)周期，一般有。下面來探討一下FIR實現(xiàn)MTD濾波的設(shè)計。FIR作為MTD濾波器的更重要原因是：(1)可根據(jù)特殊的要求，采用比加權(quán)FFT更有效和更靈活的設(shè)計方法得到濾波器特性(如更低的旁瓣)；(2)不同頻道(即組中的不同濾波器)更容易實現(xiàn)與目標(biāo)及雜波速度分布相匹配的分別設(shè)計或選擇控制。這一橫向濾波器實際上就是一典型的有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)。 FIR實現(xiàn)MTD多普勒濾波器由于一般地面雷達(dá)的重復(fù)頻率不高(如1kHz左右，它是無模糊測距所要求的)，所以窄帶濾波器的數(shù)目只需幾個或十幾個。如果不止一個運動雜波同時出現(xiàn)，則采用自適應(yīng)對消抑制也很困難。 窄帶濾波器組對于運動雜波的抑制效果較好。解決的辦法可以有兩種：一種是在窄帶濾波器組前面先采用對消器(一次或二次)，將雜波的主要部分濾去，這樣后接的濾波器組中通過副瓣進(jìn)入的雜波明顯減少，各濾波器的改善因子會提高。采用窄帶濾波器組所以能較MTI對消器提高改善因子是因為它把頻帶細(xì)分后，各濾波器的雜波輸出功率只有各自通帶范圍內(nèi)的雜波譜部分，而不是整個多普勒頻帶內(nèi)的雜波功率。對于白噪聲，采用窄帶濾波器組后信噪比應(yīng)提高近N倍。因為通過該濾波器后，它將N個相參脈沖累積，使信噪比提高N倍(對白噪聲而言)。全部濾波器響應(yīng)覆蓋了從零到的頻率范圍，由于信號的取樣性質(zhì)，其余的頻帶按同樣的響應(yīng)周期覆蓋，因而會在頻率上產(chǎn)生模糊。對=2,峰值響應(yīng)時的依此類推。在第一對零點之間的頻帶寬度為，而半功率帶寬近似為。然而，它的輸出在某些MTD雷達(dá)中可以作提供雜波地圖之用。=8時DFT等效橫向濾波器振幅特性的主瓣。這樣，N個相互接鄰的濾波器即形成一個濾波器組，它覆蓋了從0到的頻段。 DFT濾波器分析，橫向濾波器有N1根遲延線，每根遲延線的遲延時間為。注意：實際實現(xiàn)中的延遲線是下一章將要介紹的輸人緩存器。下面來分別討論一下快速傅里葉變換(FFT)和有限沖激響應(yīng)(FIR)實現(xiàn)多普勒濾波器組這兩種方法。盡管采用FIR濾波器組要比MTT加FFT實現(xiàn)法的運算量大，但由于大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，目前FIR濾波器組的實現(xiàn)己不成問題。由于FFT的階數(shù)一定要是2的整數(shù)冪，使得MTI加FFT實現(xiàn)法的應(yīng)用受到了一定的限制，并且DFT濾波器組位于MTT之后，濾波器組的各濾波器增益受到MTT濾波器頻率響應(yīng)的調(diào)制。所以，后來人們又在DFT濾波器組之前加了MTI處理，這樣可以先用MTI消掉地雜波，再用DFT濾波器組進(jìn)行濾波處理，由于DFT濾波器組可以用快速傅里葉變換(FFT)實現(xiàn)，所以這種方法又稱為MTD的MTI加FFT實現(xiàn)法。多普勒濾波器組是MTD系統(tǒng)的核心，其性能決定MTD的性能，其最簡單的實現(xiàn)方法是采用離散傅里葉變換(DFT)。實際情況中，多普勒頻移不能預(yù)知，因此需要采用一組相鄰且部分重疊的濾波器組，覆蓋整個多普勒頻率范圍，這就是窄帶多普勒濾波器組。根據(jù)有關(guān)回波脈沖串的頻譜分析可以想象應(yīng)是梳齒形濾波器，齒的間隔為脈沖重復(fù)頻率，齒的位置取決于回波信號的多普勒頻移，而齒的寬度則應(yīng)和回波譜線寬度相一致。對于相參脈沖串信號，還可進(jìn)一步表示成 (217) 即信號匹配濾波器為和兩個濾波器級聯(lián)。所以實際能做到的大多數(shù)MTI濾波器，只能使其濾波特性的凹口對準(zhǔn)雜波梳狀譜的中心，且使二者寬度基本相當(dāng)。這一濾波器可分成兩個級聯(lián)的濾波器和，其傳遞函數(shù)分別為 (215) (216)可以粗略地認(rèn)為，用于雜波抑制，而用于對雷達(dá)回波脈沖串信號匹配。實質(zhì)上，MTD的核心就是線性DMTI加窄帶多普勒濾波器組。但它的濾波特性還不是最佳線性濾波特性，且非線性中放限幅制約了改善因子的進(jìn)一步提高。在信號處理方面當(dāng)采用數(shù)字延遲線代替模擬延遲線實現(xiàn)MTI后，其工作穩(wěn)定、可靠，這種DMTI系統(tǒng)還廣泛采用了I,Q正交雙通道處理和高階數(shù)字濾波器來得到合適的濾波特性。當(dāng)雷達(dá)采用全相參體制或者是用信號處理的方法(如DSU)來改善鎖相相參系統(tǒng)的高頻穩(wěn)定性后，其性能會有明顯的提高。這是由多方面因素造成的：鎖相相參系統(tǒng)的高頻穩(wěn)定性不夠、接收系統(tǒng)的非線性限幅、采用模擬延遲線時通常只能作一次相消且性能不穩(wěn)亦不能實現(xiàn)最佳濾波等。與傳統(tǒng)MTI相比，MTD主要依靠信號處理的潛在能力，在以下三個方面作了改進(jìn)：(1)、改善濾波器的頻率特性，使之更接近于最佳(匹配)線性濾波，以提高改善因子；(2)、能夠檢測強(qiáng)地物雜波中的低速目標(biāo)甚至切向飛行的大目標(biāo)； (3)、不僅能抑制平均多普勒頻移通常等于零的固定雜波，而且還能抑制如氣象、鳥群等引起的運動(慢動)雜波。這種基于雜波與運動目標(biāo)多普勒頻率差別的信號處理大致經(jīng)過了一個由模擬MTI數(shù)字MTI(DMTI)線性MTI自適應(yīng)MTIMTD自適應(yīng)MTD(AMTD)的發(fā)展里程。 動目標(biāo)檢測(MTD)雷達(dá)的工作原理MTD的主要功能和要求上一節(jié)討論了動目標(biāo)顯示(MTI)的原理，這一章將系統(tǒng)介紹動目標(biāo)檢測(MTD)技術(shù)。固定目標(biāo)頻譜的特點是：譜線位于點上，因而在理想情況下，通過相消器這樣的梳齒濾波器后輸出為零。輸出為 (212)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)待性為 (213)(c)所示。(a)(b)(c) 遲延相消設(shè)備及其輸出響應(yīng)(a)組成框圖；(b)速度響應(yīng)；(c)頻率響應(yīng)特性 相消設(shè)備也可以從頻率域濾波器的觀點來說明，而且為了得到更好的雜波抑制性能，常從頻率域設(shè)計較好的濾波器來達(dá)到。這時的目標(biāo)速度正相當(dāng)于盲速。由相位檢波器輸出的脈沖包絡(luò)為 (27)式中，為回波與基準(zhǔn)電壓之間的相位差， (28) 回波信號按重復(fù)周期出現(xiàn)，將回波信號延遲一周期后，其包絡(luò)為 (29)相消器的輸出為兩者相減， (210)輸出包絡(luò)為一多普勒頻率的正弦信號，其振幅為 (211) 也是多普勒頻率的函數(shù)。如果要把回波信號加到亮度調(diào)制顯示器或終端數(shù)據(jù)處理設(shè)備，則必須先消除固定目標(biāo)回波。將它們加到偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器上，固定目標(biāo)回波是振幅固定的脈沖，而運動目標(biāo)回波呈現(xiàn)上下“跳動”的“蝴蝶效應(yīng)”。下面主要介紹一下固定雜波消除這個問題。通常在送到終端(顯示器或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng))去之前要將固定雜波消去，故要采用相消設(shè)備或雜波濾波器，濾去雜波干擾而保存運動目標(biāo)信息。這個基準(zhǔn)電壓是相位檢波器的相位基準(zhǔn)，各種回波信號均與基準(zhǔn)電壓比較相位。當(dāng)脈沖雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)來鑒別運動目標(biāo)回波和固定目標(biāo)回波時，與普通脈沖雷達(dá)的差別是必須在相位檢波器的輸入端加上基準(zhǔn)電壓(或稱相參電壓)，該電壓應(yīng)和發(fā)射信號頻率相參并保存發(fā)射信號的初相，且在整個接收信號期間連續(xù)存在。首先我們先來看一下與動目標(biāo)檢測(MTD)極其相關(guān)的動目標(biāo)顯示(MTI)雷達(dá)的工作原理。如果振蕩源與接收者之間有相對接近的運動，則接收者在單位時間內(nèi)收到的振蕩數(shù)目要比他不動時多一些，也就是接收頻率增高；當(dāng)二者作背向運動時，結(jié)果相反。當(dāng)目標(biāo)飛向雷達(dá)站時，多普勒頻率為正值，接收信號頻率高于發(fā)射信號頻