經(jīng)典雷達資料-第15章 動目標顯示(MTI)雷達-3

1、PAGE 604雷 達 手 冊PAGE 592第15章 動目標顯示（MTI）雷達Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET./U第一對零點之間的曲線情況下計算出的。圖示的無反饋的幾條曲線與如圖15.12所示顯示的具有高斯形狀方向圖的理論曲線幾乎完全相同（說明反饋對三路延遲對消器影響是一條曲線而不是直線，這是因為在3個零點中，已有兩個零點不在原點上，并且根據(jù)波束寬度內有14個脈沖的實際情況，它們已沿單位圓移動了最佳量。因此，當波束寬度內有40個脈沖時，這兩個零點由于離原點太遠而不起太大的作用）。從理論上

2、講，采用數(shù)字濾波器來合成各種形狀的速度響應曲線是可能的16。對Z平面上的每對零點和每對極點而言，都需要兩個延遲線，用前饋路徑控制零點位置，而用反饋路徑控制極點位置。速度響應曲線的形狀可以僅用前饋而不用反饋來實現(xiàn)。不采用反饋的主要優(yōu)點是對消器具有很好的瞬態(tài)響應，這是相控陣或系統(tǒng)存在脈沖噪聲干擾時的一項重要的考慮因素。如果相控陣雷達使用反饋對消器，則在對消器的瞬態(tài)振鈴還未下降到容許的電平之前，波束就已經(jīng)改變了位置，因而許多脈沖不得不落在波束以外。人們已提出一種預置技術來緩解這種現(xiàn)象20，但僅僅部分地降低瞬態(tài)穩(wěn)定時間。若只使用前饋，則在波束移動后僅有3個或4個脈沖被去掉。采用前饋控制速度響應曲線的形

3、狀的缺點是，對每個用于形成速度響應的零點都需附加一個延遲線。此外，若采用零點來形成速度響應，則曲線就會導致改善因子引入一個固有的損耗。這個損失可能很重要也可能不重要，需根據(jù)雜波譜展寬的程度和對消所需零點數(shù)來確定。圖15.25畫出了只用前饋形成的四脈沖對消器的速度響應曲線和Z平面圖。圖中同時還畫出了五脈沖前饋對消器和三脈沖反饋對消器的速度響應曲線。在給出的對消器中，無論雜波譜擴展程度為多少，三脈沖反饋對消器的改善因子潛力均比四脈沖前饋對消器大約好4dB。圖15.224 掃描對對具有反反饋的對對消器改改善因子子的限制制曲線是是在假定定天線方方向圖只只取siinU/U第一對對零點之之間的形形狀時，由

4、由計算機機計算出出來的。五脈沖對消消器被ZZverrev稱稱為線性性相位21MTII濾波器器222。44個零點點分別位位于Z平面實實軸的+1，+1，-0.335755和-2.779722。許多多關于濾濾波器綜綜合的文文獻都描描述過這這種線性性相位的的濾波器器，但對對MTII應用而而言，線線性相位位并不重重要。如如圖155.255所示，若若采用非非線性相相位濾波波器只需需要極少少的脈沖沖就可以以得到幾幾乎和線線性相位位濾波器器相同的的響應曲曲線。由由于在波波束照射射目標期期間可利利用的脈脈沖數(shù)是是固定的的，一個個也不能能浪費，所所以人們們應當選選用那些些只使用用極少脈脈沖數(shù)的的非線性性相位濾濾波

5、器。圖15.225 賦形速速度響應應曲線的的前饋對對消器與與三脈沖沖反饋對對消器的的比較（見見正文五五脈沖對對消器的的參數(shù)）15.8 雜波波濾波器器組的設設計如同15.1節(jié)的的討論，MMTD采采用的波波形包括括相同PPRF和和相同射射頻頻率率的N個脈沖沖的相參參處理間間隔（CCPI）。從從一個CCPI到到下一個個CPII的脈沖沖重復頻頻率和射射頻頻率率有可能能是變化化的。在在這一約約束條件件下，只只有選用用有限沖沖激響應應（FIIR）濾濾波器的的方法才才是設計計濾波器器組惟一一可行的的設計方方法（無無論是PPRF還還是射頻頻頻率改改變，反反饋濾波波器需要要許多脈脈沖回波波才能達達到穩(wěn)定定，這顯

6、顯然是不不實際的的）。在監(jiān)視雷達達波束照照射目標標期間，可可利用的的脈沖數(shù)數(shù)是由諸諸如波束束寬度、PPRF、需需掃描的的空域和和所要求求的數(shù)據(jù)據(jù)更新率率等系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)和和系統(tǒng)要要求決定定的。一一旦約定定了照射射到目標標的脈沖沖數(shù)，設設計師就就必須決決定在此此期間須須有多少少個CPPI和每每個CPPI內有有多少個個脈沖。要要想采取取折中方方案通常常是困難難的。設設計師希希望在一一個CPPI中使使用更多多的脈沖沖，以便便能采用用更佳的的濾波器器，但也也希望有有盡可能能多的CCPI。多多個CPPI（以以不同的的脈沖重重復頻率率或不同同射頻工工作）可可改善系系統(tǒng)的檢檢測性能能，而且且能提供供用于檢檢測目

7、標標實際徑徑向速度度所需的的信息23。在多普勒濾濾波器組組中，單單個濾波波器的設設計是頻頻率副瓣瓣要求和和濾波器器相參積積累增益益之間的的一個折折中。對對一個給給定的CCPI來來說，所所要求的的多普勒勒濾波器器數(shù)目則則是硬件件復雜性性和濾波波器交疊疊時的交交叉損失失間的一一個折中中。最后后，若要要求在零零多普勒勒（地雜雜波）處處具有更更高的雜雜波抑制制能力，則則常常會會引入特特殊的設設計約束束條件。當一個CPPI內的的脈沖數(shù)數(shù)大于或或等于116時，快快速傅里里葉變換換（FFFT）算算法的系系統(tǒng)設計計方法和和有效實實現(xiàn)特別別引人注注意。由由于在單單個相參參處理間間隔中采采用恰當當?shù)臅r域域回波加加

8、權函數(shù)數(shù)，因此此很容易易控制頻頻域副瓣瓣。進一一步地講講，覆蓋蓋整個多多普勒空空間（等等于雷達達PRFF）所需需要的濾濾波器的的數(shù)量（等等于變換換階數(shù)）可可獨立選選擇，與與CPII無關，詳詳見后面面所述。當CPI變變?。ㄐ⌒∮诨虻鹊扔?00）時，為為了獲得得較好的的整機性性能，研研究單個個濾波器器的特殊殊設計，使使其滿足足不同多多普勒頻頻率特定定的雜波波抑制要要求就顯顯得非常常重要。在在受特定定通帶和和阻帶約約束的FFIR濾濾波器設設計中，盡盡管某些些系統(tǒng)方方法是可可行的，但但是對較較小的CCPI而而言，直直接的方方法是憑憑試驗調調整每個個濾波器器的各個個零點直直到獲得得所需要要的響應應為止。

9、下下面給出出一個這這種濾波波器設計計的實例例。濾波器的經(jīng)經(jīng)驗設計計如下是六脈脈沖CPPI濾波波器經(jīng)驗驗設計的的一個實實例（每每個CPPI的66個脈沖沖可根據(jù)據(jù)系統(tǒng)條條件，如如照射目目標的時時間直接接推出）。由由于濾波波器要使使用6個個脈沖，并并且只有有5個零零點是可可用于濾濾波器設設計的，所所以可利利用的零零點數(shù)等等于脈沖沖數(shù)減11。濾波波器的設設計過程程包括設設置各個個零點，以以便得到到符合指指定約束束條件的的濾波器器組響應應。下面面的實例例是由一一個交互互式計算算機程序序得出的的，該程程序可移移動濾波波器的零零點直到到得到預預期的響響應為止止。假定定濾波器器的要求求如下：（1）在動動目標濾

10、濾波器的的雜波抑抑制凹口口（相對對于目標標的峰值值響應）中中，響應應為-66ddB；（2）對速速度介于于多普勒勒模糊頻頻率范圍圍的20%間的箔箔條雜波波抑制為為-46ddB；（3）由于于硬件的的限制，因因此僅采采用5個個濾波器器；（4）在55個濾波波器中，33個用于于抑制固固定雜波波而響應應動目標標，另兩兩個則響響應零多多普勒頻頻率目標標和其模模糊點（具具有好的的固定雜雜波抑制制能力的的濾波器器，采用用兩個或或多個相相參濾波波器來覆覆蓋零速速響應的的凹口）?；谝陨峡伎紤]即可可構造濾濾波器組組。圖15.226（a）給出出了濾波波器在多多普勒通通帶中央央的目標標響應曲曲線。零零速附近近的副瓣瓣從

11、峰值值下降666dB，因因此在零零多普勒勒頻率55%之內內有很好好的雜波波抑制性性能，-46dBB的副瓣瓣有166%的箔箔條雜波波抑制性性能。由由于5個個有效零零點的限限制，所所以這種種濾波器器對200%多普普勒頻移移不能提提供-46dB的抑抑制。圖15.226（b）給出出了濾波波器對盡盡可能接接近于零零多普勒勒頻率的的目標響響應曲線線。此時時，零多多普勒響響應為-66dBB。若在在零多普普勒附近近設置兩兩個零點點，則所所提供的的零多普普勒雜波波響應是是-66dBB。當相相對多普普勒頻移移為0.81.00時，多多普勒濾濾波器副副瓣提供供48ddB的箔箔條雜波波抑制。這這個濾波波器的鏡鏡像用于于

12、第3個個移動的的多普勒勒濾波器器（鏡像像濾波器器的系數(shù)數(shù)是原濾濾波器系系數(shù)的復復共軛）。圖15.226（aa） 響應ff T = 0.55目標的的六脈沖沖濾波器器圖15.226（bb） 響應ff T = 0.33目標的的六脈沖沖濾波器器（可濾濾除固定定雜波）圖15.226（c）給出出了第一一個濾波波器設計計在零多多普勒處處的響應應曲線。已已考慮到到將濾波波器組的的跨接損損失減到到最?。ㄟ@這就決定定了最大大值位置置），在在0.8多普普勒頻移移處對箔箔條雜波波的響應應下降到到46ddB，并并且失配配損耗最最小。失失配損耗耗最小化化是通過過在0.30.88多普勒勒頻移之之間的副副瓣上升升到所需需的高

13、度度來實行行的（在在這個區(qū)區(qū)域內副副瓣降低低，則失失配損耗耗增加），第第二個零零多普勒勒濾波器器是它的的鏡像。圖15.226（d）給出出了濾波波器組的的合成響響應曲線線。注意意，濾波波器的峰峰值被相相當均勻勻地分配配。第一一個零多多普勒濾濾波器和和第一個個運動的的多普勒勒濾波器器之間的的差別要要比其他他的大，主主要是因因為在此此限制下下，不能能移動第第一多普普勒濾波波器接近近零速。圖15.226（cc） 響應ff T = 0.88目標的的六脈沖沖濾波器器（可濾濾除f T = 0.88的箔條條）圖15.226（dd） 5個六六脈沖濾濾波器組組成濾波波器組的的合成響響應曲線線切比雪夫濾濾波器組組對

14、于在CPPI中脈脈沖數(shù)較較多的情情況而言言，希望望有一個個更加系系統(tǒng)的濾濾波器設設計方法法。如果果多普勒勒濾波器器的設計計準則選選定，即即要求主主響應之之外濾波波器副瓣瓣響應低低于規(guī)定定值（即即提供恒恒定的雜雜波抑制制電平），同同時使濾濾波器響響應寬度度最小，那那么基于于多爾夫夫-切比雪雪夫分布布的濾波波器設計計就是最最佳方案案。在天天線文獻獻中能找找到基于于多爾夫夫-切比比雪夫分分布的特特性和設設計方法法。九脈脈沖CPPI和一一個688dB副瓣瓣電平的的切比雪雪夫濾波波器設計計例子如如圖155.277所示。通通過給濾濾波器系系數(shù)加一一個線性性相位項項，能將將峰值濾濾波器的的頻率響響應定位位于

15、任意意位置。實現(xiàn)覆蓋全全部多普普勒頻率率所需的的濾波器器總數(shù)，在在設計時時要權衡衡濾波器器交疊期期間的跨跨接損耗耗和實現(xiàn)現(xiàn)中復雜雜程度之之間的得得失。圖圖15.28為為一個用用9個均均勻間隔隔濾波器器組成的的完整的的多普勒勒濾波器器組的實實例。對對照如圖圖15.18所所示所認認定的雜雜波模型型，這一一濾波器器組的性性能，如如圖155.299所示。此此圖顯示示，對于于零多普普勒雜波波，信雜雜比改善善是目標標多普勒勒頻率的的函數(shù)。在在每個目目標多普普勒頻率率處只畫畫出能提提供最大大改善的的濾波器器響應曲曲線。為為了便于于比較，取取如圖115.118所示示的最佳佳曲線用用虛線畫畫出，對對于指定定的雜

16、波波模型，可可給出切切比雪夫夫濾波器器設計性性能良好好程度的的直接評評價。同同時也顯顯示了最最佳濾波波器和切切比雪夫夫濾波器器組二者者的平均均SCRR的改善善程度。圖15.227 68ddB多普普勒副瓣瓣的切比比雪夫FFIR濾濾波器設設計圖15.228 CPII為9脈脈沖時668dBB切比雪雪夫多普普勒濾波波器組響響應曲線線圖15.229 68ddB切比比雪夫多多普勒濾濾波器組組的SCCR改善善與最佳佳值的比比較圖15.330說明明了作為為雜波譜譜相對擴擴展函數(shù)數(shù)的688dB切比比雪夫濾濾波器組組的平均均SCRR改善和和最佳值值曲線（出出自如圖圖15.19所所示中）。由由于在濾濾波器組組中所用

17、用的濾波波器數(shù)量量有限，因因此若有有多普勒勒頻移引引入到雜雜波回波波中，則則對平均均SCRR的改善善程度會會有一定定的影響響。圖中中的斜線線陰影部部分不僅僅說明了了這種影影響，也也顯示了了對所有有可能的的多普勒勒頻移情情況下平平均SCCR改善善程度的的上、下下限。這這種偏差差將隨多多普勒濾濾波器組組中所用用濾波器器個數(shù)的的減少而而增大。圖15.330 如圖115.228所示示的688dB切切比雪夫夫多普勒勒濾波器器組的平平均SCCR改善善CPII = 9脈沖沖，最佳佳值取自自如圖115.119所示示中。FFT濾波波器組對聯(lián)普波言用T將減件種要波中有器相響而些器普均列而給小P需器目變例在回按的響

18、權如雪權通額零展數(shù)方也零獲大的器15.9 參差差脈沖重重復頻率率參差的設計計方法改變雷達脈脈沖之間間的間隔隔，目的的是移開開相當于于MTII系統(tǒng)盲盲速的目目標速度度。可以以在掃描描之間、脈脈沖之間間或駐留留之間（每每次駐留留是波束束寬度的的一部分分）改變變脈沖的的間隔。每每種方法法都各有有優(yōu)點。在在掃描之之間改變變脈沖間間隔方法法的優(yōu)點點是雷達達系統(tǒng)比比較易于于制造，并并且時間間上多次次循環(huán)出出現(xiàn)的雜雜波在功功率放大大器MTTI系統(tǒng)統(tǒng)中被對對消。為為了使沒沒有參差差的MTTI系統(tǒng)統(tǒng)更好地地工作，就就要求發(fā)發(fā)射機能能穩(wěn)定地地工作，但但是這樣樣不僅要要多花錢錢，而且且設備的的重量也也更重。在在脈沖

19、之之間或駐駐留之間間進行參參差工作作的雷達達，要使使發(fā)射機機能夠充充分穩(wěn)定定地工作作就更為為困難。脈脈沖之間間參差用用MTII處理，而而駐留之之間參差差用濾波波器組處處理。對許多MTTI應用用而言，脈脈沖之間間的參差差是重要要的。例例如，若若采用掃掃描之間間脈沖參參差和用用一個具具有366%抑制制凹口寬寬度的二二項式加加權三脈脈沖對消消器時，則則在每次次掃描時時，僅僅僅由于對對多普勒勒頻率的的考慮，就就會丟失失36%的有用用目標信信號。在在某些運運用場合合，這是是不能容容許的。而而在采用用脈沖之之間的參參差時，則則每次掃掃描均能能在所關關注的全全部多普普勒頻率率上獲得得良好的的響應。此此外，還

20、還可以在在某些多多普勒頻頻率上獲獲得更好好的速度度響應，即即比在掃掃描到掃掃描的基基礎上用用這些脈脈沖間隔隔所能得得到的響響應更好好。這是是因為脈脈沖之間間的參差差會在MMTI濾濾波器通通帶內產(chǎn)產(chǎn)生多普普勒頻率率分量的的緣故。如如圖155.166和圖155.177所示，脈脈沖之間間參差可可能會使使系統(tǒng)能能達到的的改善因因子降低低。但是是，這種種降低可可能并不不要緊，或或者說可可用下面面討論的的時變加加權來加加以消除除。脈沖沖之間參參差的另另一個優(yōu)優(yōu)點是可可允許去去掉對消消器中的的反饋（用用于縮小小盲速的的凹口），從從而簡化化了對消消器的設設計。最佳參差比比的選擇擇取決于于必須無無盲速的的速度范

21、范圍和速速度響應應曲線上上第一個個零點可可允許的的深度。在在大多數(shù)數(shù)的應用用場合下下，以44周期的的參差比比為最好好，并且且用在第第一盲速速（用VV/VB表示）加加上數(shù)字字-3，22，-1，33（或33，-2，11，-3）的的方法，即即可得出出一組很很好的參參差比。因因此，在在如圖115.331所示示中，當當?shù)谝幻っに俪霈F(xiàn)現(xiàn)在V/VB = 28附附近時，參參差比為為2533027731（交交替使用用長的和和短的周周期可保保持發(fā)射射機的占占空比盡盡可能不不變，同同時又能能保證在在第一零零點VVB處有最最佳響應應）。如如果用44種脈間間周期，使使第一凹凹點太深深，就可可用五種種脈間周周期，其其參差比比則可對對第一盲盲速加上上-6，+5，-4，+4，+1的數(shù)數(shù)字來獲獲得。圖圖15.32為為5種脈脈沖間隔隔時的響響應曲線線。第一一凹點的的深度可可由下面面要講到到的如圖圖15.39所所示來預預測。圖15.331 速度響響應曲線線雙路對對消器