MTI和MTD解讀教學(xué)講解課件

MTI（動(dòng)目標(biāo)顯示）技術(shù)目的：抑制由雜波產(chǎn)生的類似目標(biāo)的回波，而讓動(dòng)目標(biāo)回波通過后的損失盡量小或沒損失。雜波特性：通常雜波譜集中在f=0Hz處和雷達(dá)脈沖頻率重復(fù)周期的整數(shù)倍處，并有小范圍的拓展（100Hz左右）。MTI（動(dòng)目標(biāo)顯示）技術(shù)目的：抑制由雜波產(chǎn)生的類似目標(biāo)的回波1典型的MTI濾波器為延遲線濾波器：單延遲線濾波器：將相鄰兩個(gè)回波信號(hào)相減，單位沖擊響應(yīng)為典型的MTI濾波器為延遲線濾波器：2雙延遲線對(duì)消器：雙延遲線對(duì)消器：3三延遲線對(duì)消器三延遲線對(duì)消器4

從仿真圖形可以看出,從單延遲線對(duì)消器到四延遲線對(duì)消器，阻帶逐漸變深、變寬，阻帶變深可以提高信噪比，但是阻帶變寬后會(huì)導(dǎo)致低速目標(biāo)抑制增強(qiáng)。從仿真圖形可以看出,從單延遲線對(duì)消器到四延遲線5同時(shí)考慮幅度大小后的變化曲線由圖中可以看出，當(dāng)頻率約位于[0.167fr0.833fr]之間時(shí)，增加延遲線個(gè)數(shù)濾波后，目標(biāo)的幅度是增加的。但是隨著延遲線的增加，濾波器的阻帶越來越深，越來越深，不僅消除靜態(tài)目標(biāo)，低速目標(biāo)的抑制也將越來越大。但是，延遲線增加，幅度響應(yīng)在通帶內(nèi)愈加不平坦，不同速度的目標(biāo)增益將不同。因此，使用對(duì)消濾波器來抑制雜波，選擇雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率fr很重要，需要盡量使目標(biāo)引起的多普勒頻移位于[0.167+n0.883+n]fr內(nèi)，而雜波頻譜集中于區(qū)間外才能得到良好的濾波效果同時(shí)考慮幅度大小后的變化曲線由圖中可以看出，當(dāng)頻率約位于[06MTD動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)：使用多普勒濾波器組，每個(gè)濾波器的通帶覆蓋一定頻率區(qū)域，從各濾波器的輸出就可以判斷該頻率范圍內(nèi)是否有動(dòng)目標(biāo)并能測(cè)量動(dòng)目標(biāo)的速度。MTD動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)：使用多普勒濾波器組，每個(gè)濾波器的通帶覆7如圖，N個(gè)窄帶濾波器的通帶相鄰，且有部分重疊，以實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)多普勒頻率范圍，即覆蓋0~fr范圍。N階窄帶濾波器組將N個(gè)脈沖回波分別延遲一到N個(gè)脈沖重復(fù)周期后，進(jìn)行加權(quán)求和，得到輸出結(jié)果。每個(gè)端頭的加權(quán)值為i表示第幾個(gè)濾波器的抽頭，k表示從0到N-1的標(biāo)記，每一個(gè)k值對(duì)應(yīng)一組不同的加權(quán)值，即對(duì)應(yīng)于不同的多普勒濾波器，每一個(gè)k值決定了一個(gè)獨(dú)立的濾波器的響應(yīng)。如圖，N個(gè)窄帶濾波器的通帶相鄰，且有部分重疊，以實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)8窄帶濾波器組的每個(gè)抽頭有N個(gè)輸出，并且對(duì)應(yīng)N個(gè)加權(quán)值，輸入信號(hào)x(i)與濾波器組Y(k)關(guān)系為x(0),x(1)...x(N-1)代表N個(gè)濾波器的輸出，當(dāng)N取2的整數(shù)次冪時(shí)，正好可以使用快速傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)MTD的窄帶濾波器組的常用方法為在頻域用FFT實(shí)現(xiàn)或在時(shí)域用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)窄帶濾波器組的每個(gè)抽頭有N個(gè)輸出，并且對(duì)應(yīng)N個(gè)加權(quán)值，輸入信9零號(hào)濾波器，也就是K=0的濾波器，其通帶中心位置分別是0,1/T,2/T....即零頻和雷達(dá)重復(fù)頻率的整數(shù)倍處，以雷達(dá)脈沖重復(fù)周期為周期，通帶正是靜態(tài)雜波的頻譜集中的位置，所以可以把此濾波器的輸出看成是靜態(tài)雜波的輸出。同理，K=n時(shí)的濾波器，其通帶中心分別位于n/NT,n/NT+1/T,n/NT+1/T....。一般情況下，不同的濾波器對(duì)信噪比的改善不相同，如果幾個(gè)濾波器的通帶靠近雜波頻率譜的中心位置，那么他們的改善就相對(duì)差一些。因此，如果雜波譜比較集中，采用MTD窄帶濾波器可以得到較好的濾波性能。但是，如果雜波的頻譜分布比較寬，那么與MTI相比，窄帶濾波器的改善也就沒那么明顯。此外，窄帶濾波器對(duì)濾除低速運(yùn)動(dòng)雜波也有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榈退倌繕?biāo)雜波可能只出現(xiàn)在濾波器組的某一個(gè)濾波器中，根據(jù)實(shí)際情況，如果此濾波器頻帶內(nèi)的噪聲和雜波較強(qiáng)，則可適當(dāng)提高此濾波器的門限電壓，這樣可以很好的減小低速雜波的影響，同時(shí)又不影響其他濾波器的輸出。零號(hào)濾波器，也就是K=0的濾波器，其通帶中心位置分別是0,110FFT實(shí)現(xiàn)FFT將N個(gè)脈沖分成N個(gè)頻段（對(duì)應(yīng)N個(gè)窄帶濾波器）做FFT運(yùn)算，每個(gè)頻段分別積累N個(gè)脈沖時(shí)長的數(shù)據(jù)，每個(gè)點(diǎn)的運(yùn)算相當(dāng)于是一個(gè)帶通濾波器，每個(gè)濾波器都有一定的副瓣，可考慮使用窗函數(shù)加權(quán)抑制雜波。 但FFT濾波器在零頻和脈沖重復(fù)頻率整數(shù)倍處沒有凹陷，所以無法抑制靜態(tài)雜波，需要考慮其他方式幫助解決。可以考慮添加MTI對(duì)消器，或者將靜態(tài)雜波對(duì)應(yīng)的濾波器通道的輸出去除。 此外，F(xiàn)FT需要回波脈沖串個(gè)數(shù)為2的整數(shù)次冪，同時(shí)如果想要達(dá)到比較高的檢測(cè)精度，F(xiàn)FT變換的點(diǎn)數(shù)不能太少，也就是需要更多的回波脈沖串。但是在實(shí)際情況中，雷達(dá)的回波脈沖串個(gè)數(shù)是受多方面影響，不可能隨意變更的。這會(huì)使FFT濾波器組的應(yīng)用受到一定的限制。FFT實(shí)現(xiàn)FFT將N個(gè)脈沖分成N個(gè)頻段（對(duì)應(yīng)N個(gè)窄帶濾波器）11FIR濾波器實(shí)現(xiàn)FIR濾波器組的結(jié)構(gòu)也由N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器組成，每個(gè)延遲線的延遲時(shí)間都是一個(gè)脈沖重復(fù)周期，時(shí)域方程如下:其中，N表示有限沖激響應(yīng)的序列長度。因?yàn)檎瓗V波器組是相參積累濾波器，所以濾波器個(gè)數(shù)越多，相參積累的效果就越好，對(duì)雜波的抑制越好，分辨力也會(huì)有所提升，不過因?yàn)橥粏挝幻娣e的脈沖串個(gè)數(shù)是有限的，所以濾波器的個(gè)數(shù)是不能隨意增加的。FIR濾波器組的設(shè)計(jì)比較靈活，每個(gè)濾波器的幅頻特性都可以依靠濾波器的系數(shù)來更改，如果改變?yōu)V波器系數(shù)的設(shè)計(jì)，可以讓濾波器組的幅頻特性在零頻和脈沖重復(fù)頻率整數(shù)倍附近有較深凹陷，就可以得到良好的靜態(tài)雜波抑能力。FIR濾波器實(shí)現(xiàn)FIR濾波器組的結(jié)構(gòu)也由N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器12FIR橫向?yàn)V波器實(shí)現(xiàn)容易導(dǎo)出其等效的橫向?yàn)V波器的單位脈沖響應(yīng)為脈沖響應(yīng)的傅里葉變換就是頻率響應(yīng)函數(shù)：FIR橫向?yàn)V波器實(shí)現(xiàn)容易導(dǎo)出其等效的橫向?yàn)V波器的單位脈沖響應(yīng)13k表示濾波器號(hào)，每個(gè)濾波器都有形狀相同，中心頻率不同的幅頻特性k表示濾波器號(hào)，每個(gè)濾波器都有形狀相同，中心頻率不同的幅頻特14MTI（動(dòng)目標(biāo)顯示）技術(shù)目的：抑制由雜波產(chǎn)生的類似目標(biāo)的回波，而讓動(dòng)目標(biāo)回波通過后的損失盡量小或沒損失。雜波特性：通常雜波譜集中在f=0Hz處和雷達(dá)脈沖頻率重復(fù)周期的整數(shù)倍處，并有小范圍的拓展（100Hz左右）。MTI（動(dòng)目標(biāo)顯示）技術(shù)目的：抑制由雜波產(chǎn)生的類似目標(biāo)的回波15典型的MTI濾波器為延遲線濾波器：單延遲線濾波器：將相鄰兩個(gè)回波信號(hào)相減，單位沖擊響應(yīng)為典型的MTI濾波器為延遲線濾波器：16雙延遲線對(duì)消器：雙延遲線對(duì)消器：17三延遲線對(duì)消器三延遲線對(duì)消器18

從仿真圖形可以看出,從單延遲線對(duì)消器到四延遲線對(duì)消器，阻帶逐漸變深、變寬，阻帶變深可以提高信噪比，但是阻帶變寬后會(huì)導(dǎo)致低速目標(biāo)抑制增強(qiáng)。從仿真圖形可以看出,從單延遲線對(duì)消器到四延遲線19同時(shí)考慮幅度大小后的變化曲線由圖中可以看出，當(dāng)頻率約位于[0.167fr0.833fr]之間時(shí)，增加延遲線個(gè)數(shù)濾波后，目標(biāo)的幅度是增加的。但是隨著延遲線的增加，濾波器的阻帶越來越深，越來越深，不僅消除靜態(tài)目標(biāo)，低速目標(biāo)的抑制也將越來越大。但是，延遲線增加，幅度響應(yīng)在通帶內(nèi)愈加不平坦，不同速度的目標(biāo)增益將不同。因此，使用對(duì)消濾波器來抑制雜波，選擇雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率fr很重要，需要盡量使目標(biāo)引起的多普勒頻移位于[0.167+n0.883+n]fr內(nèi)，而雜波頻譜集中于區(qū)間外才能得到良好的濾波效果同時(shí)考慮幅度大小后的變化曲線由圖中可以看出，當(dāng)頻率約位于[020MTD動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)：使用多普勒濾波器組，每個(gè)濾波器的通帶覆蓋一定頻率區(qū)域，從各濾波器的輸出就可以判斷該頻率范圍內(nèi)是否有動(dòng)目標(biāo)并能測(cè)量動(dòng)目標(biāo)的速度。MTD動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)：使用多普勒濾波器組，每個(gè)濾波器的通帶覆21如圖，N個(gè)窄帶濾波器的通帶相鄰，且有部分重疊，以實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)多普勒頻率范圍，即覆蓋0~fr范圍。N階窄帶濾波器組將N個(gè)脈沖回波分別延遲一到N個(gè)脈沖重復(fù)周期后，進(jìn)行加權(quán)求和，得到輸出結(jié)果。每個(gè)端頭的加權(quán)值為i表示第幾個(gè)濾波器的抽頭，k表示從0到N-1的標(biāo)記，每一個(gè)k值對(duì)應(yīng)一組不同的加權(quán)值，即對(duì)應(yīng)于不同的多普勒濾波器，每一個(gè)k值決定了一個(gè)獨(dú)立的濾波器的響應(yīng)。如圖，N個(gè)窄帶濾波器的通帶相鄰，且有部分重疊，以實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)22窄帶濾波器組的每個(gè)抽頭有N個(gè)輸出，并且對(duì)應(yīng)N個(gè)加權(quán)值，輸入信號(hào)x(i)與濾波器組Y(k)關(guān)系為x(0),x(1)...x(N-1)代表N個(gè)濾波器的輸出，當(dāng)N取2的整數(shù)次冪時(shí)，正好可以使用快速傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)MTD的窄帶濾波器組的常用方法為在頻域用FFT實(shí)現(xiàn)或在時(shí)域用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)窄帶濾波器組的每個(gè)抽頭有N個(gè)輸出，并且對(duì)應(yīng)N個(gè)加權(quán)值，輸入信23零號(hào)濾波器，也就是K=0的濾波器，其通帶中心位置分別是0,1/T,2/T....即零頻和雷達(dá)重復(fù)頻率的整數(shù)倍處，以雷達(dá)脈沖重復(fù)周期為周期，通帶正是靜態(tài)雜波的頻譜集中的位置，所以可以把此濾波器的輸出看成是靜態(tài)雜波的輸出。同理，K=n時(shí)的濾波器，其通帶中心分別位于n/NT,n/NT+1/T,n/NT+1/T....。一般情況下，不同的濾波器對(duì)信噪比的改善不相同，如果幾個(gè)濾波器的通帶靠近雜波頻率譜的中心位置，那么他們的改善就相對(duì)差一些。因此，如果雜波譜比較集中，采用MTD窄帶濾波器可以得到較好的濾波性能。但是，如果雜波的頻譜分布比較寬，那么與MTI相比，窄帶濾波器的改善也就沒那么明顯。此外，窄帶濾波器對(duì)濾除低速運(yùn)動(dòng)雜波也有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榈退倌繕?biāo)雜波可能只出現(xiàn)在濾波器組的某一個(gè)濾波器中，根據(jù)實(shí)際情況，如果此濾波器頻帶內(nèi)的噪聲和雜波較強(qiáng)，則可適當(dāng)提高此濾波器的門限電壓，這樣可以很好的減小低速雜波的影響，同時(shí)又不影響其他濾波器的輸出。零號(hào)濾波器，也就是K=0的濾波器，其通帶中心位置分別是0,124FFT實(shí)現(xiàn)FFT將N個(gè)脈沖分成N個(gè)頻段（對(duì)應(yīng)N個(gè)窄帶濾波器）做FFT運(yùn)算，每個(gè)頻段分別積累N個(gè)脈沖時(shí)長的數(shù)據(jù)，每個(gè)點(diǎn)的運(yùn)算相當(dāng)于是一個(gè)帶通濾波器，每個(gè)濾波器都有一定的副瓣，可考慮使用窗函數(shù)加權(quán)抑制雜波。 但FFT濾波器在零頻和脈沖重復(fù)頻率整數(shù)倍處沒有凹陷，所以無法抑制靜態(tài)雜波，需要考慮其他方式幫助解決?？梢钥紤]添加MTI對(duì)消器，或者將靜態(tài)雜波對(duì)應(yīng)的濾波器通道的輸出去除。 此外，F(xiàn)FT需要回波脈沖串個(gè)數(shù)為2的整數(shù)次冪，同時(shí)如果想要達(dá)到比較高的檢測(cè)精度，F(xiàn)FT變換的點(diǎn)數(shù)不能太少，也就是需要更多的回波脈沖串。但是在實(shí)際情況中，雷達(dá)的回波脈沖串個(gè)數(shù)是受多方面影響，不可能隨意變更的。這會(huì)使FFT濾波器組的應(yīng)用受到一定的限制。FFT實(shí)現(xiàn)FFT將N個(gè)脈沖分成N個(gè)頻段（對(duì)應(yīng)N個(gè)窄帶濾波器）25FIR濾波器實(shí)現(xiàn)FIR濾波器組的結(jié)構(gòu)也由N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器組成，每個(gè)延遲線的延遲時(shí)間都是一個(gè)脈沖重復(fù)周期，時(shí)域方程如下:其中，N表示有限沖激響應(yīng)的序列長度。因?yàn)檎瓗V波器組是相參積累濾波器，所以濾波器個(gè)數(shù)越多，相參積累的效果就越好，對(duì)雜波的抑制越好，分辨力也會(huì)有所提升，不過因?yàn)橥粏挝幻娣e的脈沖串個(gè)數(shù)是有限的，所以濾波器的個(gè)數(shù)是不能隨意增加的。FIR濾波器組的設(shè)計(jì)比較靈活，每個(gè)濾波器的幅頻特性都可以依靠濾波器的系數(shù)來更改，如果改變?yōu)V