動目標檢測器ppt課件

1、動目的檢測器動目的檢測器MTD1. MTD的原理的原理 1) 有色噪聲中最正確接納實際有色噪聲中最正確接納實際)()()()()(1)()()()(21*HHSCNCNSH其中，其中，)(2H)(1H白化濾波器白化濾波器與信號匹配濾波器與信號匹配濾波器H1()H2()CFARH()2) 白化濾波器的實現(xiàn)白化濾波器的實現(xiàn) 白化濾波器頻率特性應為有色雜波加噪聲譜的倒白化濾波器頻率特性應為有色雜波加噪聲譜的倒數(shù)，在實現(xiàn)上有幾種近似方法：數(shù)，在實現(xiàn)上有幾種近似方法：A) MTI 對地雜波近似白化對地雜波近似白化B) 速度自順應速度自順應 MTI，對運動雜波近似白化，對運動雜波近似白化C) MTI +

2、速度自順應速度自順應 MTI，對地雜波和運動雜，對地雜波和運動雜波同時實現(xiàn)近似白化波同時實現(xiàn)近似白化D) 最大熵譜估計最大熵譜估計 AMTI，理想白化，理想白化3) 匹配濾波器匹配濾波器 目的目的 fd 從從 0fr 均勻分布，所以設置多普勒濾波器組均勻分布，所以設置多普勒濾波器組來近似實現(xiàn)匹配濾波；可用來近似實現(xiàn)匹配濾波；可用 FIR 或或 FFT 來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。輸出濾波器frffd目標4) 頻域頻域CFAR和選大和選大 在每一多普勒濾波器通道輸出設置在每一多普勒濾波器通道輸出設置CFAR電路；各通電路；各通道過道過 CFAR 門限的信號相互比大，取最大值作為門限的信號相互比大，取最大值作

3、為 MTD 輸出值輸出值F1F2FNCFAR選大CFARCFAR.2. 成組處置成組處置MTDBMTD一一. CPI： 天線掃過一個點目的時在方位上的相繼回波數(shù)，稱為天線掃過一個點目的時在方位上的相繼回波數(shù)，稱為擊中數(shù)擊中數(shù) H。CPI 相參處置間隔是相參處置間隔是BMTD中組的大小。假設一中組的大小。假設一個個CPI內(nèi)的回波數(shù)為內(nèi)的回波數(shù)為 m，應保證：，應保證：nHm 這里這里整數(shù)整數(shù)2n所以所以 BMTD 的定義為：將一個的定義為：將一個 CPI 中的回波結合為一中的回波結合為一組，來進展組，來進展 MTD 處置。處置。波束中的回波應分為波束中的回波應分為 2 個個CPI，才干保證至少一

4、個，才干保證至少一個CPI中包含了全部目的信息，否那么會導致中包含了全部目的信息，否那么會導致 S/N 下降，降低下降，降低檢測性能。檢測性能。例：擊中數(shù)例：擊中數(shù) H32 時，時， m16 (個個)， 這是最大值這是最大值 CPI2CPI1目標二二. 乒乓存儲器：乒乓存儲器： 為了實時進展成組處置，必需首先將一個為了實時進展成組處置，必需首先將一個 CPI 中的全中的全部回波數(shù)據(jù)存儲起來，當該部回波數(shù)據(jù)存儲起來，當該 CPI 數(shù)據(jù)全部存完后乒數(shù)據(jù)全部存完后乒存儲器存滿后，那么取出來沿間隔間隔順序處置，與存儲器存滿后，那么取出來沿間隔間隔順序處置，與此同時，對下一個此同時，對下一個 CPI 的

5、回波數(shù)據(jù)進展存儲存入乓的回波數(shù)據(jù)進展存儲存入乓存儲器存儲器乒乓存儲器容量：乒乓存儲器容量：設：設：CPI = m 間隔間隔間隔間隔 = n A/D字長字長 b bits那么：那么：Z = 2 m n b 2 = 4mnb |乒乓乒乓 |I, Q乒存儲器乓存儲器例：例：CPI = 64 = m n = 1024 b = 12 bits那么：那么：Z = 464102412 = 384 Kbytes三三. 多普勒濾波器組：多普勒濾波器組： (1) 階數(shù)：階數(shù)： 多普勒濾波器組階數(shù)為多普勒濾波器組階數(shù)為M，那么，那么Mm預白化預白化 MTI 階數(shù)階數(shù)1 例：例： 當當 m18，MTI 為為3脈沖脈沖

6、3階時，階時，那么那么 M18216階階 2多普勒濾波器組的實現(xiàn)方法1. FFT算法：當 M=2TT整數(shù)時，可用基 2FFT，并采用加權來減小旁瓣，降低雜波經(jīng)過旁瓣的走漏，提高改善因子。普通采用：Hamming 或 Chebyshev 加權效果較好。 加權 FFT 濾波器組的FFT實現(xiàn)xi優(yōu)點：運算量少，設備簡單； 運算量為： 次蝶形運算。 采用周圍蝶形算法，故乘法次數(shù)為例：M=16，乘法次數(shù)為 次乘加。缺陷：每個濾波器外形完全一致，不靈敏。MM2log2MM2log2412832416log216422. FIR算法a) 權系數(shù)設計：窗函數(shù)法 恣意窗函數(shù) Remez多重變換算法旁瓣約束等波紋

7、設計法 權系數(shù) hi(n), ( i=1,2,M), (n=1,2,M)b) 詳細算法： , i=1,2,M 這里 和 為復數(shù)， 于是有： i1,2,MMnininMhxy1) 1(iynxiQiIijyyyMniInQiQnIiQMniQnQiInIiInMhxnMhxynMhxnMhxy11) 1() 1() 1() 1(c) FIR 濾波器組運算量4 M2例：M = 16，那么 4(16)2 = 1024 (復乘)優(yōu)點：靈敏，性能好缺陷：運算量大，復雜3. MTD 系統(tǒng)的改善因子一. 最正確多普勒濾波器組構成的 MTD 系統(tǒng)的改善因子 所謂最正確多普勒濾波器組，即每個濾波器的權函數(shù) Wi

8、 都是最優(yōu)權函數(shù)。這里最優(yōu)是相對于一定的雜波模型和信號假設而言的。1. CPI 中M個信號回波可用一復矢量表示：Ps為每個信號回波的功率，這里假設天線波瓣外形為矩形，所以每個Ps相等。為信號的隨機相位。 ，是脈沖脈沖間的相移rdTf2)exp(),.,2exp(),exp()exp()(jMjjjPfSsTd2. 雜波回波是：這里：是雜波功率3. 熱噪聲：這里：為噪聲功率4. 總輸入為：這里假設 s,c,n 為統(tǒng)計獨立的MTCCCC,.,212icCEP MTnnnn,.,212iNnEP nCfSXd)(nCSiXPPPXEP25. 改善因子：輸入信干比為：ncsinPPPSIR)(令多普勒

9、濾波器組有復加權 ， wi 為每一個濾波器通道的權值那么濾波器的輸出為：WNTwwwW,.,21*WXYT相應的輸出功率為：其中， 代表輸入回波的協(xié)方差矩陣，用 表示因S，C，n相互統(tǒng)計獨立*2)()(WXXEWWXWXEYEPTTTTTYTXXE*XRnnCCdSSXRPRPfRPR)(這里， 歸一化信號協(xié)方差陣 歸一化雜波協(xié)方差陣中的第i，j位置的元素可由雜波相關函數(shù) 決議 (單位陣)，歸一化噪聲協(xié)方差陣TddsdsfSfSEPfR)()(1)(*TccCCEPR*1InnEPRTnn*1cR)(c具有復加權 的多普勒濾波器的噪聲增益為當信號的 從 均勻分布時，信號平均增益輸出信干比為：W

10、NiiTnnTnnnWWWPWIPWPPGi12*0dfPRF0NiinsWGG12nncTcdsTsncsoutGPWRWPWfRWPPPPSIR*)()(000那么改善因子：*)()()()()()(WIPRPWPPWWWWWfRWWIPRPWPPWfRWfInccTncTTdsTnccTncdsTdSIR信號功率增益輸入(雜波噪聲)功率輸出(雜波噪聲)功率為信號功率增益對噪聲功率增益之比，即為相關積累增益MTIcdSIRIGfI)(*)(WWWfRWGTdsTc*)()(WIPRPWPPWWInccTncTMTI為歸一化的干擾抑制比，即干擾抑制比乘噪聲增益。這相當于前面講過的平均改善因子

11、?？梢奙TD可以看成白化濾波器具有平均改善因子IMTI和相關積累器多普勒濾波器組的級聯(lián)。白化濾波IMTI多普勒濾波器組GC由文獻知，最正確 應為：OPTW*1)()(dnccdOPTfSIPRPfW干擾協(xié)方差陣的逆信號的復共軛具有最正確加權的MTD就是有色噪聲中的最正確檢測器。由于 和 都是 的函數(shù)，當 在 中均勻分布時，該最正確處置器的平均改善因子為：dfdSIRrSIRdffIfIr0)(1)(dOPTfW)(dSIRfIdfdfPRF0例：雜波譜為高斯形 可用數(shù)值計算出不同 和 N 時的 cddcfkff2exp)(2cSIRISIRrcSIRrcINfdBINf11. 0559,09.

12、 023469167.514182532.540SIRIrcf864N=2當： 時二. 理想白化濾波器級聯(lián)濾波器組的改善因子白化濾波器Hw(f)濾波器組令雜波功率譜為 Sc(f)，那么理想 Hw(f) 應為 Sc(f) 的倒譜21)(1)(fSfHcw211)(1)(fSrepfHcTw或：這里： Sc(f) 是雜波功率譜 (采樣前，f 是從 內(nèi)擴展的)相當于把雜波功率折疊到 內(nèi)0PRF0jCCTTjfSfSrep)()(1PRFTPRFf10，j 取整數(shù)iinnCCAVPPPPC00白化濾波器平均歸一化對消比：雜波抑制比噪聲增益又：令那么：dffSdffSrepPcPRFcTCi)()(01

13、PRFdffHfSrepPPRFwcTC021)()(0PRFcTndffSrepP01)(10, 1inPPRFcTcAVdffSrepdffSTC01)(1)(后接濾波器組在理想情況下為一相關積累器即矩形窗加權，且目的 fd 正益處于某濾波器通代中央，相關積累增益為：所以系統(tǒng)改善因子：例：雜波功率譜 計算列表如下： c T 0.070.040.20 CAV(dB)85.261.033.519.411.62.8 而這是系統(tǒng)改善因子上界；當非矩形窗加權時會有 S/N 損失，當 fd 不處于濾波器中央時，應算平均相參積累增益，也會有損失。NGc10log10AVCSIRC

14、GImax)()(log10)()(10maxdBNdBCIAVSIR222exp21)(cccffS三. 實踐 MTD 系統(tǒng)的改善因子非理想白化非矩形窗加權實踐系統(tǒng)為一個 2 脈沖或 3 脈沖 MTI 級聯(lián)加權濾波器組。令：對消器傳送函數(shù)和第 i 個濾波器傳送函數(shù)的合成為：對而言，歸一化對消比為：實踐 ISIR 305. 滑動 MTD SMTD為了提高 MTD 處置的方位精度，可采用滑動MTD。一. 原理：在方位上每滑過一個脈沖，做一次 M 點的MTD，新進入一個信號，丟掉一個老信號，又進展一次 M 點 MTD。因此每次 MTD處置中均只需一個新信息，M1 個老信息。SMTD處置中，可獲得與

15、天線波束內(nèi)的擊中數(shù)相等的報告數(shù)，從而可采用質心法等方法來提高 MTD 的方位精度。SMTD最大的難點是運算量相對于BMTD添加了M倍。所以必需尋求減少運算量的新方法。.老信息(M-1) 個信息新信息傳統(tǒng)單滑動處置的 MTD 構造圖中，N 為窗長也是濾波器組的個數(shù)，每滑進、滑出一個脈沖要完成 N 個濾波器運算，N 次恒虛警處置，和 N 個通道的門限比較以及選大輸出，運算量龐大。X0.XN-1X1.XNX2.XN+1XN+1.X2N1 2N.1 2N.N 選 1Y01 2N.1 2N.N 選 1Y11 2N.1 2N.N 選 1Y21 2N.1 2N.N 選 1YN+1.輸入濾波器恒虛警選大輸出步

16、驟012N+1.這種處置有兩個冗余度：1) 每一步處置 N 個濾波器中有 N1 個濾波器結果并不輸出，即只需目的通道輸出。但目的多普勒頻率在一次掃描波束范圍內(nèi)是不會發(fā)生太大變化的?？梢詾樗幹玫臑V波器通道不變。由此可得出在整個波束范圍內(nèi)只作一次目的通道判決。每判一次后，可作多次滑動處置，且每次滑動處置只處置目的所在的多普勒濾波通道即可。從而可以大大節(jié)省運算量。2) 相鄰兩次處置的 N 個數(shù)據(jù)中，有 N1 個數(shù)據(jù)完全一樣。所以相鄰兩次 FFT 處置之間可導出一種滑動遞推算法，提高滑動 FFT 處置的效率。二. 成組判別和滑動處置相結合的 SMTD 1) 成組判別：在波束范圍內(nèi)僅做一次目的通道判決

17、 2) 滑動處置：僅對有目的的通道進展單濾波器的滑動處置 因此，新的構造如以下圖所示：X0.XN-11 2N.1 2N.N 選 1通道號K0輸入濾波器恒虛警選大輸出滑動步驟01.判斷步驟XS.XS+N-1XS和XS+NXSM-2和XS+N+M-2.K0K0Y0,0K0K0Y0,1K0K0Y0,M-1.0,00,10,M-1XM.XM+N-11 2N.1 2N.N 選 1通道號K1XM+S.XM+S+N-1K1K11,0Y1,0.= 在波束范圍內(nèi)，由于僅做一次目的通道判決，所以只做一次FFT或濾波器組，一次 N 通道恒虛警，和一次 N 選 1判別即可。= 如成組判別后，判目的通道為 K0 ；那么

18、在整個波束范圍內(nèi)的滑動處置時，每次滑動后僅作 K0 通道的濾波、恒虛警即可，從而大大節(jié)省了運算量。此外各相鄰兩次單滑動處置間有極強的相關性因有 N1 個數(shù)據(jù)一樣，所以前次濾波的某些結果可直接送入下次濾波處置中，進一步減少了單濾波器處置的運算量。成組判別和滑動處置相結合的實現(xiàn)方框圖:輸入延時K通道濾波求模K通道恒虛警門限比較多路選擇器濾波器1濾波器2濾波器N求模求模求模均值恒虛警1恒虛警2恒虛警N輸出判目標通道均值均值.K通道均值通道號K門限三. 滑動處置的快速遞推算法 令用 N 點 DFT 完成窄帶濾波器，目的處于 K 通道，延續(xù) N 個輸出可表示為：100)()(NnnkNWnxkXNnkn

19、NWnxkX1)1(1)()(12)2(2)()(NnknNWnxkX221)1(1)()(NNnkNnNNWnxkX(1)(2)(3)(4)N 為相關點數(shù)， ；)2exp(NjWN由 (2) 式乘以 再減去 (1) 式得：kNW)0()()()(01xNxkXkXWkN) 1 () 1()()(122xNxWkXWkXWkNkNkN)2()22()()()2(2)2(1)1(NxNxWkXWkXWkNNNkNNNkNN同樣，由 (3) 式乘以 再減去 (2) 式得：kNW依此類推，有：上式可寫成普通表達式：) 1() 1()()()1(1)1(mxmNxWkXWkXWkmNmkmNmmkNm=1,2,N-1(5)由于后續(xù)均值估計和恒虛警處置只關懷信號模值，可丟棄信號相位分量。令：故有：可見，僅對模值而言，得到 和 是等效的一