推薦第5講雷達信號的相參檢測和處理

1、1第五講 雷達信號的相參檢測和處理1.引言一、使用非相參處理的缺點二、相參處理的原理和發(fā)展三、相參處理的幾個問題2. mti一、分類二、mti改善因子及參差mti的頻率響應(一) mti的改善因子(二) 參差mti的頻率響應特性(三) 參差mti的權系數(shù)設計3mti處理對改善因子和信噪比的損失一、 i上限二.、mti處理損失2第五講 雷達信號的相參檢測和處理1.引言一、非相參處理的缺點僅使用幅度信息，失去了相位信息！不能區(qū)分目標的運動方向。3信號的矢量表示方法4 不能通過時域積累改善信雜比，因雜波相關時間擊中數(shù)時間對s/n的改善有限，當n=100；s/n的改善約為10db。 即使能獲得獨立雜波

2、樣本，s/c改善也難達到要求。如海雜波，相關時間1020ms，當采樣間隔1020ms時，為獨立樣本。積累1s，有 50100個樣本，s/c改善 10db，遠不滿足要求。因輸入s/c為-20-50db。1.引言51.引言二、相參處理的原理和發(fā)展同時利用幅度和相位信息本質(zhì)上屬頻域處理6固定目標，fd=0， f =0，處于零頻單根譜線；雜波（地、海）， fd約等于0 ， f 0 ，處于零頻或低頻有一定譜寬的信號；氣象、箔條雜波，fd較高， f 0； 動目標信號， fd較高（0 fr任意）， f 0 （可近似認為f 0 ）。1.引言相參雷達中：7不同目標信號的頻譜特性8下圖表示了固定目標（雜波）和動目

3、標頻譜特性相參檢波處理， 可獲得fd 信息1.引言pffdfr1固定目標動目標910 tttatslcos中 0ttdvvd422 0costtatsdl中1.引言 中放l pcoho tsl ts中tcosl tls鎖相11 002coscos21costttattstsdldll中 02cos21tftatsdl 移如下：為零中頻信號。頻譜搬t(yī)sl1.引言ll0dl)(dlf fsa中dd0f flsa12動目標處理: mti和mtdmti一次對消 頻率響應為梳狀濾波器， 凹口在fr整數(shù)倍處dfdrff rfdrff 2rf2f fp固定目標動目標1.引言tr輸入出13缺點：p凹口太窄p過

4、濾帶太緩p通帶太窄所以雜波抑制差，動目標損失大。改進：p多次對消，或反饋型mti1.引言14發(fā)展：p水銀延遲線 如cps-5d，我國64年581雷達，清華的403mti ，s/c改善1820 db。p熔融石英延遲線（60年代）p移位寄存器（70年代）pram延遲線（80年代初）mti指標25db80年代以后，出現(xiàn)mtd,amti,amtd,smtd等。1.引言151.引言三 相參處理中的幾個問題（一）指標 改善因子 - -信號平均增益， -雜波抑制比cscsiasoutininoutinoutcscgccsscscsisgac16 改善因子-is/n na -噪聲抑制比 雜波中可見度-scvp

5、信、雜重疊；p經(jīng)處理仍能以一定pf和pd 檢測動目標時的(c/s)in=scvp工程計算 scv=i s/c -6db1.引言asoutininoutnsngnnssi17動目標處理損失 -l動目標譜落在凹口或過渡帶處時造成信號損失 理想 fd=0fr時 ， =1，實際： 定義： ag1ag dbgla1log201.引言18（二）雙通道（i,q）處理的優(yōu)點可克服盲相可區(qū)分fd （證） 單通道1. 可見可見 f fd d輸出均一樣，不能分辨目標運動方輸出均一樣，不能分辨目標運動方向！向！ 0costtatsdl中 001coscos22ldldsta ttt 0011coscos22lddst

6、a tta tt1.引言19盲速和盲相20信號的矢量表示方法（i、q雙通道表示方法）21雙通道： tjletutsre中 tjytxttjattatjtatuddd000sincosexp ttyttxtjttjytxtsllllsincossincosre中1.引言22轉(zhuǎn)lplp中頻tlcos2。90oohctlsin2 txtsl tytsl txttsltslplcos2中同樣 tyttsltslpl sin2中1.引言23 則有當為d時因此，當為正d時，x(t)和y(t)差90；當為-d時， x(t)和y(t)差270。因此，可區(qū)分 d 了。 00sincosttjattatudd 0

7、0sincosttjattatudd1.引言24能保留相對中頻l的非對稱頻譜特性 1expexp21expexpexpexp21cos* tjtutjtutjtjtatjtjtatttatslllll中1.引言25實窄帶帶通信號的復包絡表示方法實窄帶帶通信號的復包絡表示方法( )cjtf t e( )f tc0復包絡復包絡調(diào)制信號調(diào)制信號實信號實信號( )( )cos( )re( ( )re( ( )cccjtjtjta ttta t eef t e|( )|s|( )|s下變頻下變頻26 單通道: tjtutjtutututjtjtjtutjtuttslllllll2exp2exp4141e

8、xpexp21expexp21cos*中 241*tututsl1.引言270lflff0f混選后譜1.引言28正交雙通道相參處理該式頻譜保留了中頻譜中非對稱形式 32121*tueetuetuetsltstjtjtjtjplllll中1.引言29 的譜tuf0*該結(jié)論的意義：可利用kalmus濾波器檢測雜波中慢目標，正負頻率部分絕對值相減消除雜波，保留目標。 慢目標雜波f1.引言30相參檢測和處理，mti/mtd2.mti312.mti在同一距離單元上成組或滑動處理，注意這里不需要形成局部的判斷0/1，直接在原數(shù)據(jù)上進行相參處理322.mti 本質(zhì)為一低阻，高通濾波器 分類 （一）非遞歸形m

9、ti濾波器（fir)1ana2a11z1z1zei0ennnnizazazee110advanced radar techniques and systems,gaspare galati,第6章，茅于海，33（二）遞歸型1bnb2b11z1z1zei0ennnnibzbzzee1102.mti34（三）混合型ei11b3a1a2b1b2an1z1z1zbn0ennnnnnibzbzazazee111102.mti35mti濾波器36非遞歸型有：一次對消 11zzh rftsinfh2rftsin2rt10rt1rt2f2.mti372) 二次對消當 k=2時，還有多次對消mti濾波器 211

10、zkzzh 2121zzzh 24rftsinfhfrt1rt10rt22.mti38一次和二次對消器的比較051015202530-50-40-30-20-100102 tap1 tap39混合型有 11zzwkzxzw 1zzwzwzy zx1z1k zy zw2.mti40一個極點 一個零點 1kz 1z 11111zkzzxzyzh fhf2.mti41mti頻率響應的評價： 凹口越深越好； 過渡帶越陡越好； 通帶應盡量平坦和寬。2.mti42二 mti改善因子及參差mti的頻率響應(一) mti的改善因子 等重頻情況 令采樣間隔為ti，i=1,2,n，t1=0。 即t1=t1=0,t

11、2=tn=tr， 各采樣點相對t1的時延為niintt111tt 2t5t4t3t2t5t4t3t02.mti43mti的加權矢量w為（fir):mti頻率響應為： 12,tniiiw wwwajbw 1inj ttiihwewv2.mti其中，12nj tj tj teeev4445asoutininoutinoutcscgccsscscsimti改善因子的計算公式：46 2*()11*ijinnjttjijthtghww ew vv ww r w則mti的增益為：r矩陣的對角線元素為1，該矩陣為hermit矩陣。47平均增益為： 0000000*0*11212limlimtntiiiggd

12、dwww rww w2.mti即得到了信號的平均增益。即得到了信號的平均增益。48 fcfcfcfcm21設雜波由多種雜波組成，功率譜為：可能包含各種雜波類型。49改善因子為： dffgfccgdffgfcdffcdffsdffgfscscsiiiiiics00/gic2.mti和雜波的自相關函數(shù)有什么關系？50其中 *11*112*112*cwwcccwwdfefcwwdfewwfcdffgfctiininjijjininjttfjjininjttfjjijiji2.mti雜波自相關矩陣的第ij個元素51其中，令雜波相關矩陣為c=cij ，cij代表用雜波功率歸一化后的c的元素上式基于相關陣

13、各元素與功率譜間互為傅立葉變換，且 為輸入雜波功率。 dfefcccfttjiijji21 dffcci2.mti52*cwwwwcwwgitttcs所以，有：53對相關陣c,有以下關系：和w0為相關陣c的特征值和相應的特征向量。令當=min時， 而與min相對應的w0,即為最佳加權矢量 *0*0wcw0ww 1*00*00wwwwittcsmaxcscsiioptw2.mti54總結(jié) 設計wopt和求imax的步驟為：p構(gòu)造雜波協(xié)方差陣cp特征分解得p找與min相對應的w0ptp求得*0*0wcwminmax1i2.mti55(二) 參差mti的頻應特性 為克服等頻狀態(tài)下的盲速，采用重頻參差

14、技術，可將速度響應的零點推出幾倍馬赫之外。1、等重頻時n階mti的加權系數(shù)為wn，n=1,2,n則系統(tǒng)沖擊響應為： 101nkknwkhnnn2.mti56mti的速度響應為： 其中v為目標的徑向速度此|h(v)|為周期性函數(shù)，在fr整數(shù)倍相對應的速度處將為零 1010nnnnnnznwznhzh10nnntjnjrdeweh 104nnntvjnewvh2.mti57例：雷達工作頻率3ghz，波長為0.1m1000200030004000500060007000800090001000050100150200250300350400450500prf (hz)blind speed (m/s

15、)582、參差重頻速度的響應設n個脈沖的相互間隔為：t1 t2, tn-1, 即第k個和第k-1個脈沖的間隔為tk，則有沖擊響應為： 1212111210nttttnttttttth2.mti59則系統(tǒng)頻率響應為： 零點推出幾馬赫以外 1211110ntttjtjtjenwewwdtethh 04exp01000tttvjnwvhnnniiv vh2.mti60(三)參差mti權系數(shù)設計 參差使i下降，權系數(shù)設計的目標是使參差mti的改善因子i非參差mti的i。兩種設計方法：1、權系數(shù)修正法 （前提：非參差mti權值已知，參差間隔tn已知） 令非參差mti最佳權為 頻率響應為 1, 1 , 0

16、,nnwn 1102nnfntjnarewfh2.mti61參差時，設第n個脈沖發(fā)射時刻為tn，時變加權系數(shù)為hn。則參差mti的頻應為：令在雜波中心附近范圍內(nèi)，參差和非參差mti頻率響應模的平方相等，則可保證兩者i相等，即：其中f0為雜波中心頻率 2102nnftjnhnehfh 22fhfhha20rfff2.mti注意這里和前面的tn不同62 當f0=0時，將上式在零點做泰勒展開： 2.mti 12020001!2!nnjfthnnhhhhfh ehhhff 1( )00(2 )0,1,2,nkkkhnnnhjh tk 其中：63同樣，有： 1( )00(2 )()0,1,2,nkkka

17、nrnhjwntk 2, 1 , 000nmhhmhma令：則可以得到n-1個方程。64 11001122003nnmmnnrnnnnnnnnnt hntwhw則可以解得系數(shù)hn。 進一步可以得到方程組：65f00時，由(2)式可得：將hn代入上式，就可以得出雜波譜中心不在零頻處的參差mti的時變加權系數(shù) 1200204njftnhhnnjf tnnnhfhffh ehh e nh2.mti66總結(jié)：參差mti設計步驟如下nw（1）設計凹口中心在零頻的非參差mti的最佳權系數(shù)。（2）解式（3）求出凹口中心在零頻處mti的時變加權系數(shù)。（3）當凹口中心非零時（即雜波中心非零時），由式（4）可得出

18、相應的時變加權系數(shù)。注：權系數(shù)修正法只適用于單雜波環(huán)境，當多雜波存在時，可采用特征向量法直接設計。 2.mti672特征向量法： 這是已知參差碼時的最佳權系數(shù)直接設計法，設計準則是對已知模型的雜波，平均改善因子最大。設 為參差時變參差時變加權，n=0,1,2,n-1.則頻率響應為nw)5()(10nntjnwnewfh2.mti68雜波功率譜為： 雜波相關陣為mnifcfc1)()(ijcc)6()(1)(2dfefccicfttjijji2.mti69改善因子:所以求解權系數(shù)w,變?yōu)榍蠼饩仃嘽的最小特征值所對應的特征向量。當 時*cwwwwitt*wcwminminmax1 ii2.mti7

19、0例：設計6脈沖mti能抗地雜波和中心在-50hz+150hz范圍內(nèi)的氣象雜波雜波模型： 地雜波高斯譜，=4hz， 強度=60db. 氣象雜波高斯譜，=13hz ，中心分別在-50hz，50hz，100hz，150hz，強度分別為 40db，30db，30db，40db。2.mti71 地雜波（f=0處）有深凹口 氣象雜波區(qū)，從-50hz+150hz有一個200hz寬的凹口 通帶內(nèi)波紋很小-50hz150hz0hzf2.mti72下面兩表為設計的三和六脈沖mti的改善因子表1，三脈沖mti參差比i（db）權種類最佳權未修正權修正權1:117:2418:2340.4640.4640.4640.6

20、240.62 40.7640.7636.52 34.582.mti73表2，六脈沖mti，fr=657hz 可見，參差時，不進行權系數(shù)修正，i損失大 2.mti74參差比選擇的原則：p 使mti速度響應的第一盲速目標最大速度p 速度響應通帶內(nèi)應盡量平坦（波紋?。?2.mti753mti處理對改善因子和信噪比的損失 一、i上限： 受a/d和系統(tǒng)噪聲的限制令a/d的量化誤差為，信號在a/d輸入，輸出分別為sd 和sa，則：sa=sd+ ， =2-b(b為a/d有效位數(shù))設為均勻分布的白噪聲：因 理想情況：)(.20ccssiiio10iss76則令 ci=1（歸一化） co=0（理想情況雜波全部被抑制）2為a/d量化噪聲的功率 )(221210121011022dbogbogogogi上限3mti處理對改善因子和信噪比的損失 77a/d位數(shù)（b） 9101112 （db） 65