動目標檢測器(MTD)

動目標檢測測器（MTD）§1.MTD的的原理1)有色噪聲中中最佳接收收理論其中，——白化濾濾波器——與信號號匹配濾波波器2)白化濾波器器的實現(xiàn)白化濾波器器頻率特性性應為有色色雜波加噪噪聲譜的倒倒數(shù)，在實實現(xiàn)上有幾幾種近似方方法：A)MTI對地地雜波近似似白化B)速度度自適應MTI，，對運動雜雜波近似白白化C)MTI+速速度自適適應MTI，對地地雜波和運運動雜波同同時實現(xiàn)近近似白化D)最大大熵譜估計計AMTI，理想想白化3)匹配濾波器器目標fd從0－fr均勻分布，，所以設(shè)置置多普勒濾濾波器組來來近似實現(xiàn)現(xiàn)匹配濾波波；可用FIR或或FFT來實實現(xiàn)。4)頻域域CFAR和選大在每一多普普勒濾波器器通道輸出出設(shè)置CFAR電路路；各通道道過CFAR門門限的信號號相互比大大，取最大大值作為MTD輸輸出值§2.成成組處理理MTD———BMTD一.CPI：天線掃過一一個點目標標時在方位位上的相繼繼回波數(shù)，，稱為擊中中數(shù)H。。CPI———相參參處理間隔隔是BMTD中組的的大小。若若一個CPI內(nèi)的回回波數(shù)為m，應保保證：這里（整數(shù)）所以BMTD的的定義為：：將一個CPI中中的回波波結(jié)合為一一組，來進進行MTD處理理。波束中的回回波應分為為2個個CPI，，才能保證證至少一個個CPI中中包含了全全部目標信信息，否則則會導致S/N下下降，降降低檢測性性能。例：擊中數(shù)數(shù)H＝＝32時時，m＝16(個)，，這是最大值值二.乒乓存儲器器：為了實時進進行成組處處理，必須須首先將一一個CPI中的的全部回波波數(shù)據(jù)存儲儲起來，當當該CPI數(shù)據(jù)據(jù)全部存完完后（乒存存儲器存滿滿后），則則取出來沿沿距離間隔隔順序處理理，與此同同時，對下下一個CPI的的回波數(shù)據(jù)據(jù)進行存儲儲（存入乓乓存儲器））乒乓存儲器器容量：設(shè)：CPI=m距離間隔=nA/D字長長＝bbits則：Z=2××m××n××b××2=4mnb|乒乓|I,Q例：CPI=64=mn=1024b=12bits則：Z=4×64×1024×12=384Kbytes三.多普普勒濾波器器組：(1)階階數(shù)：多普勒濾波波器組階數(shù)數(shù)為M，則則M＝m－（（預白化MTI階階數(shù)－1）例： 當m＝18，MTI為3脈脈沖（3階階）時，則M＝18－2＝＝16（階階）2）多普勒勒濾波器組組的實現(xiàn)方方法1.FFT算法法：當M=2T（T＝整數(shù)數(shù)）時，可可用基2FFT，，并采用加加權(quán)來減小小旁瓣，降降低雜波通通過旁瓣的的泄漏，提提高改善因因子。一般采用：：Hamming或或Chebyshev加加權(quán)效果果較好。加權(quán)FFT濾波器組的的FFT實實現(xiàn)xi優(yōu)點：運算算量少，設(shè)設(shè)備簡單；；運算量為：：次蝶形運算算。采用四周蝶蝶形算法，，故乘法次次數(shù)為例：M=16，乘法法次數(shù)為次乘加。缺點：每個個濾波器形形狀完全一一致，不靈靈活。2.FIR算法a)權(quán)系系數(shù)設(shè)計：：窗函數(shù)法法………任意窗窗函數(shù)Remez多重變換換算法………旁瓣約束束等波紋設(shè)設(shè)計法權(quán)系數(shù)hi(n),(i=1,2,……,M),(n=1,2,………,M)b)具體體算法：,i=1,2,……,M這里和和為為復數(shù)，，于是有：i＝1,2,……,Mc)FIR濾波器組運運算量4×M2例：M=16，，則4×(16)2=1024(復復乘)優(yōu)點：靈活活，性能好好缺點：運算算量大，復復雜§3.MTD系系統(tǒng)的改善善因子一.最最佳多普勒勒濾波器組組構(gòu)成的MTD系系統(tǒng)的改改善因子所謂最佳多多普勒濾波波器組，即即每個濾波波器的權(quán)函函數(shù)Wi都是最最優(yōu)權(quán)函數(shù)數(shù)。這里最最優(yōu)是相對對于一定的的雜波模型型和信號假假設(shè)而言的的。1.CPI中中M個信號號回波可用用一復矢量量表示：Ps為每個個信號回波波的功率，，這里假設(shè)設(shè)天線波瓣瓣形狀為矩矩形，所以以每個Ps相等。Φ為信號的的隨機相位位。，是脈沖———脈沖間間的相移2.雜波波回波是：：這里：是是雜波波功率3.熱噪噪聲：這里：為為噪聲聲功率4.總輸輸入為：（這里假設(shè)設(shè)s,c,n為為統(tǒng)計獨立立的）5.改善善因子：輸入信干比比為：令多普勒濾濾波器組有有復加權(quán)，wi為每一個濾濾波器通道道的權(quán)值則濾波器的的輸出為：：相應的輸出出功率為：：其中，代代表輸入回回波的協(xié)方方差矩陣，，用表表示（因S，C，n相互互統(tǒng)計獨立立）這里，歸歸一化信信號協(xié)方差差陣歸一化雜波波協(xié)方差陣陣中的第i，，j位置的的元素可由由雜波相關(guān)關(guān)函數(shù)決決定(單位陣)，歸一化化噪聲協(xié)方方差陣具有復加權(quán)權(quán)的的多普勒濾濾波器的噪噪聲增益為為當信號的從從均均勻分分布時，信信號平均增增益輸出信干比比為：則改善因子子：信號功率增增益輸入(雜波波＋噪聲)功率輸出(雜波波＋噪聲)功率為信號功率率增益對噪噪聲功率增增益之比，，即為相干干積累增益益為歸一化的的干擾抑制制比，即干干擾抑制比比乘噪聲增增益。這相相當于前面面講過的平平均改善因因子。可見見MTD可可以以看看成成白白化化濾濾波波器器（（具具有有平平均均改改善善因因子子IMTI）和和相相干干積積累累器器（（多多普普勒勒濾濾波波器器組組））的的級級聯(lián)聯(lián)。。白化化濾濾波波IMTI多普普勒勒濾濾波波器器組組GC由文文獻獻知知，，最最佳佳應應為為：：干擾擾協(xié)協(xié)方方差差陣陣的的逆逆信號號的的復復共共軛軛具有有最最佳佳加加權(quán)權(quán)的的MTD就就是是有有色色噪噪聲聲中中的的最最佳佳檢檢測測器器。。由于于和和都都是是的的函函數(shù)數(shù)，，當當在在中中均均勻勻分分布布時時，，該該最最佳佳處處理理器器的的平平均均改改善善因因子子為為：：例：：雜雜波波譜譜為為高高斯斯形形可用用數(shù)數(shù)值值計計算算出出不不同同和和N時時的的23469167.514182532.540當：：時時二.理理想想白白化化濾濾波波器器級級聯(lián)聯(lián)濾濾波波器器組組的的改改善善因因子子白化化濾濾波波器器Hw(f)濾波波器器組組令雜雜波波功功率率譜譜為為Sc(f)，，則則理理想想Hw(f)應應為為Sc(f)的的倒倒譜譜或：：這里里：：Sc(f)是是雜雜波波功功率率譜譜(采采樣樣前前，，f是是從從內(nèi)內(nèi)擴擴展展的的)相當當于于把把雜雜波波功功率率折折疊疊到到內(nèi)內(nèi)，j取取整整數(shù)數(shù)白化化濾濾波波器器平平均均歸歸一一化化對對消消比比：：（雜雜波波抑抑制制比比））××（（噪噪聲聲增增益益））又：：令則：：后接接濾濾波波器器組組在在理理想想情情況況下下為為一一相相干干積積累累器器（（即即矩矩形形窗窗加加權(quán)權(quán)，，且且目目標標fd正好好處處于于某某濾濾波波器器通通代代中中央央）），，相相干干積積累累增增益益為為：：所以以系系統(tǒng)統(tǒng)改改善善因因子子：：例：：雜雜波波功功率率譜譜計算算列列表表如如下下：：σcT0.070.080.100.120.140.20CAV(dB)85.261.033.519.411.62.8而這是是系系統(tǒng)統(tǒng)改改善善因因子子上上界界；；當當非非矩矩形形窗窗加加權(quán)權(quán)時時會會有有S/N損損失失，，當當fd不不處處于于濾濾波波器器中中央央時時，，應應算算平平均均相相參參積積累累增增益益，，也也會會有有損損失失。。三.實實際際MTD系系統(tǒng)統(tǒng)的的改改善善因因子子非理理想想白白化化非矩矩形形窗窗加加權(quán)權(quán)實際際系系統(tǒng)統(tǒng)為為一一個個2脈脈沖沖或或3脈脈沖沖MTI級級聯(lián)聯(lián)加加權(quán)權(quán)濾濾波波器器組組。。令：：對對消消器器傳傳遞遞函函數(shù)數(shù)和和第第i個個濾濾波波器器傳傳遞遞函函數(shù)數(shù)的的合合成成為為：：對而而言言，，歸歸一一化化對對消消比比為為：：實際際ISIR<理理想想ISIR（雜雜波波抑抑制制比比））××（（噪噪聲聲增增益益））則：：由：：如已已知知和和，，則則可可求求得得相干干積積累累增增益益為為因此此，，則：：，，N為為濾濾波波器器數(shù)數(shù)例：：3脈脈沖沖對對消消＋＋8脈脈沖沖濾濾波波器器組組，，雜雜波波為為高高斯斯譜譜1.矩矩形形窗窗加加權(quán)權(quán)時時0.0060.050.070.080.186.442.638.936.230.12.25dB旁旁瓣瓣Chebyshev加加權(quán)權(quán)0.0060.050.070.080.19351.343.84032.8可見見，，比比理理想想性性能能相相差差較較大大，，Chebyshev加加權(quán)權(quán)副副瓣瓣越越低低，，則則越越高高§4.MTD的的精精度度和和分分辨辨率率在BMTD中中，，方方位位精精度度由由于于受受到到CPI寬寬度度限限制制，，因因而而較較低低，，可可用用以以下下幾幾種種方方法法加加以以改改善善。。因波波束束內(nèi)內(nèi)至至少少有有兩兩個個CPI，，設(shè)設(shè)第第一一個個CPI報報告告的的方方位位為為，，第第二二個個CPI報報告告的的方方位位為為一.內(nèi)內(nèi)插插法法提提高高方方位位精精度度估計計方方位位這里里為為內(nèi)內(nèi)插插函函數(shù)數(shù)，，它它取取決決于于與與和和相相對對應應的的目目標標報報告告的的對對數(shù)數(shù)幅幅度度1.波波束束內(nèi)內(nèi)為為單單CPI：：此時時，，F(xiàn)=0，，2.波波束束分分裂裂法法（（波波束束內(nèi)內(nèi)為為2個個CPI時時））：：假設(shè)設(shè)兩兩個個CPI為為等等同同看看待待（（即即信信號號回回波波在在兩兩個個CPI中中均均充充滿滿時時）），，可可令令F=1/2，，所以以，，二.質(zhì)質(zhì)量量中中心心法法可見見質(zhì)質(zhì)量量中中心心法法相相當當于于內(nèi)內(nèi)插插法法中中的的A1和A2為相相應應于于和和的的線線性性幅幅度度三.天天線線波波束束形形狀狀相相關(guān)關(guān)法法：：K是是常常數(shù)數(shù)，，與與天天線線波波瓣瓣形形狀狀有有關(guān)關(guān)。。四.波波束束匹匹配配法法：：當波波束束內(nèi)內(nèi)的的報報告告數(shù)數(shù)較較多多時時，，采采用用波波束束形形狀狀對對每每個個報報告告實實施施加加權(quán)權(quán)求求中中值值法法。。其中，為為波束相應于于的的形狀因子。。各種方法比較較：BMTD分分辨率取決于于波束寬度。?！?.滑動動MTD———SMTD為了提高MTD處理理的方位精度度，可采用滑滑動MTD。。一.原理：：在方位上每滑滑過一個脈沖沖，做一次M點的MTD，新進進入一個信號號，丟掉一個個老信號，又又進行一次M點MTD。因此此每次MTD處理中均均只有一個新新信息，M－－1個老信信息。SMTD處理理中，可獲得得與天線波束束內(nèi)的擊中數(shù)數(shù)相等的報告告數(shù)，從而可可采用質(zhì)心法法等方法來提提高MTD的方位精精度。SMTD最大大的難點是運運算量相對于于BMTD增增加了M倍。。所以必須尋尋求減少運算算量的新方法法。傳統(tǒng)單滑動處處理的MTD結(jié)構(gòu)圖中，N為為窗長（也是是濾波器組的的個數(shù)），每每滑進、滑出出一個脈沖要要完成N個個濾波器運運算，N次次恒虛警處理理，和N個個通道的門門限比較以及及選大輸出，，運算量龐大大。這種處理有兩兩個冗余度：：1)每一步步處理N個個濾波器中中有N－1個濾波器器結(jié)果并不輸輸出，即只有有目標通道輸輸出。但目標標多普勒頻率率在一次掃描描波束范圍內(nèi)內(nèi)是不會發(fā)生生太大變化的的?？烧J為所所處理的濾波波器通道不變變。由此可得得出在整個波波束范圍內(nèi)只只作一次目標標通道判決。。每判一次后后，可作多次次滑動處理，，且每次滑動動處理只處理理目標所在的的多普勒濾波波通道即可。。從而可以大大大節(jié)省運算算量。2)相鄰兩兩次處理的N個數(shù)據(jù)據(jù)中，有N－1個數(shù)數(shù)據(jù)完全相同同。所以相鄰鄰兩次FFT處理之之間可導出一一種滑動遞推推算法，提高高滑動FFT處理的的效率。二.成組判判斷和滑動處處理相結(jié)合的的SMTD1)成組判判斷：在波束束范圍內(nèi)僅做做一次目標通通道判決2)滑動處處理：僅對有有目標的通道道進行單濾波波器的滑動處處理因此，新的結(jié)結(jié)構(gòu)如下圖所所示：在波束范圍內(nèi)內(nèi)，由于僅做做一次目標通通道判決，所所以只做一次次FFT（或或濾波器組）），一次N通道恒虛虛警，和一次次N選1判斷即可可。如成組判斷后后，判目標通通道為K0；則在整個波波束范圍內(nèi)的的滑動處理時時，每次滑動動后僅作K0通道的濾波、、恒虛警即可可，從而大大大節(jié)省了運算算量。此外各各相鄰兩次單單滑動處理間間有極強的相相關(guān)性（因有有N－1個個數(shù)據(jù)相同同），所以前前次濾波的某某些結(jié)果可直直接送入下次次濾波處理中中，進一步減減少了單濾波波器處理的運運算量。成組判斷和滑滑動處理相結(jié)結(jié)合的實現(xiàn)方方框圖:三.滑動處處理的快速遞遞推算法令用N點點DFT完完成窄