雷达信号处理PPT电子教案-第五讲 雷达信号的相参检测和处理.ppt

第五讲 雷达信号的相参检测和处理,1.引言 一、使用非相参处理的缺点 二、相参处理的原理和发展 三、相参处理的几个问题 2. mti 一、分类 二、mti改善因子及参差mti的频率响应 (一) mti的改善因子 (二) 参差mti的频率响应特性 (三) 参差mti的权系数设计 3mti处理对改善因子和信噪比的损失 一、 i上限 二.、mti处理损失,第五讲 雷达信号的相参检测和处理,1.引言 一、非相参处理的缺点 仅使用幅度信息，失去了相位信息！ 不能区分目标的运动方向。,信号的矢量表示方法,不能通过时域积累改善信杂比，因杂波相关时间击中数时间 对s/n的改善有限，当n=100；s/n的改善约为10db。 即使能获得独立杂波样本，s/c改善也难达到要求。如海杂波，相关时间1020ms，当采样间隔1020ms时，为独立样本。积累1s，有 50100个样本，s/c改善 10db，远不满足要求。因输入s/c为-20-50db。,1.引言,1.引言,二、相参处理的原理和发展 同时利用幅度和相位信息 本质上属频域处理,固定目标，fd=0， f =0，处于零频单根谱线； 杂波（地、海）， fd约等于0 ， f 0 ，处于零频或低频有一定谱宽的信号； 气象、箔条杂波，fd较高， f 0； 动目标信号， fd较高（0 fr任意）， f 0 （可近似认为f 0 ）。,1.引言,相参雷达中：,不同目标信号的频谱特性,下图表示了固定目标（杂波）和动目标频谱特性 相参检波处理， 可获得fd 信息,1.引言,1.引言,1.引言,动目标处理: mti和mtd mti 一次对消 频率响应为梳状滤波器， 凹口在fr整数倍处,1.引言,缺点： 凹口太窄 过滤带太缓 通带太窄 所以杂波抑制差，动目标损失大。,改进： 多次对消，或反馈型mti,1.引言,发展： 水银延迟线 如cps-5d，我国64年581雷达，清华的403mti ，s/c改善1820 db。 熔融石英延迟线（60年代） 移位寄存器（70年代） ram延迟线（80年代初） mti指标25db 80年代以后，出现mtd,amti,amtd,smtd等。,1.引言,1.引言,三 相参处理中的几个问题 （一）指标 改善因子 - -信号平均增益， -杂波抑制比,改善因子-is/n na -噪声抑制比 杂波中可见度-scv 信、杂重叠； 经处理仍能以一定pf和pd 检测动目标时的(c/s)in=scv 工程计算 scv=i s/c -6db,1.引言,动目标处理损失 -l 动目标谱落在凹口或过渡带处时造成信号损失 理想 fd=0fr时 ， =1， 实际： 定义：,1.引言,（二）双通道（i,q）处理的优点 可克服盲相 可区分fd （证） 单通道 可见fd输出均一样，不能分辨目标运动方向！,1.引言,盲速和盲相,信号的矢量表示方法（i、q双通道表示方法）,双通道：,1.引言,同样,1.引言,则有 当为d时 因此，当为正d时，x(t)和y(t)差90；当为-d时， x(t)和y(t)差270。因此，可区分 d 了。,1.引言,能保留相对中频l的非对称频谱特性,实窄带带通信号的复包络表示方法,复包络,调制信号,实信号,下变频,单通道:,1.引言,1.引言,正交双通道相参处理 该式频谱保留了中频谱中非对称形式,1.引言,*该结论的意义：可利用kalmus滤波器检测杂波中慢目标，正负频率部分绝对值相减消除杂波，保留目标。,1.引言,相参检测和处理，mti/mtd,2.mti,2.mti,在同一距离单元上 成组或滑动处理，注意这里不 需要形成局部的判断0/1， 直接在原数据上进行相参处理,2.mti,本质为一低阻，高通滤波器 分类 （一）非递归形mti滤波器（fir),advanced radar techniques and systems,gaspare galati,第6章，茅于海，,（二）递归型,2.mti,（三）混合型,2.mti,mti滤波器,非递归型有： 一次对消,2.mti,2) 二次对消 当 k=2时， 还有多次对消mti滤波器,2.mti,一次和二次对消器的比较,混合型有,2.mti,一个极点 一个零点,2.mti,mti频率响应的评价： 凹口越深越好； 过渡带越陡越好； 通带应尽量平坦和宽。,2.mti,二 mti改善因子及参差mti的频率响应 (一) mti的改善因子 等重频情况 令采样间隔为ti，i=1,2,n，t1=0。 即t1=t1=0,t2=tn=tr， 各采样点相对t1的时延为,2.mti,mti的加权矢量w为（fir): mti频率响应为：,2.mti,其中，,mti改善因子的计算公式：,则mti的增益为：,r矩阵的对角线元素为1，该矩阵为hermit矩阵。,平均增益为：,2.mti,即得到了信号的平均增益。,设杂波由多种杂波组成，功率谱为：,可能包含各种杂波类型。,改善因子为：,2.mti,和杂波的自相关函数有什么关系？,其中,2.mti,杂波自相关矩阵的第ij个元素,其中，令杂波相关矩阵为c=cij ，cij代表用杂波功率归一化后的c的元素 上式基于相关阵各元素与功率谱间互为傅立叶变换，且 为输入杂波功率。,2.mti,所以，有：,对相关阵c,有以下关系： 和w0为相关阵c的特征值和相应的特征向量。 令 当=min时， 而与min相对应的w0,即为最佳加权矢量,2.mti,总结 设计wopt和求imax的步骤为： 构造杂波协方差阵c 特征分解得 找与min相对应的w0pt 求得,2.mti,(二) 参差mti的频应特性 为克服等频状态下的盲速，采用重频参差技术，可将速度响应的零点推出几倍马赫之外。 1、等重频时 n阶mti的加权系数为wn，n=1,2,n 则系统冲击响应为：,2.mti,mti的速度响应为： 其中v为目标的径向速度 此|h(v)|为周期性函数，在fr整数倍相对应的速度处将为零,2.mti,例：雷达工作频率3ghz，波长为0.1m,2、参差重频速度的响应 设n个脉冲的相互间隔为：t1 t2, tn-1, 即第k个和第k-1个脉冲的间隔为tk，则有冲击响应为：,2.mti,则系统频率响应为： 零点推出几马赫以外,2.mti,(三)参差mti权系数设计 参差使i下降，权系数设计的目标是使参差mti的改善因子i非参差mti的i。 两种设计方法： 1、权系数修正法 （前提：非参差mti权值已知，参差间隔tn已知） 令非参差mti最佳权为 频率响应为,2.mti,参差时，设第n个脉冲发射时刻为tn，时变加权系数为hn。 则参差mti的频应为： 令在杂波中心附近范围内，参差和非参差mti频率响应模的平方相等，则可保证两者i相等，即： 其中f0为杂波中心频率,2.mti,注意这里和前面的tn不同,当f0=0时，将上式在零点做泰勒展开：,2.mti,其中：,同样，有：,令：,则可以得到n-1个方程。,则可以解得系数hn。,进一步可以得到方程组：,f00时，由(2)式可得： 将hn代入上式，就可以得出杂波谱中心不在零频处的参差mti的时变加权系数,2.mti,总结：参差mti设计步骤如下,（1）设计凹口中心在零频的非参差mti的最佳权系数。 （2）解式（3）求出凹口中心在零频处mti的时变加权系数。 （3）当凹口中心非零时（即杂波中心非零时），由式（4）可得出相应的时变加权系数。,注：权系数修正法只适用于单杂波环境，当多杂波存在时，可采用特征向量法直接设计。,2.mti,2特征向量法： 这是已知参差码时的最佳权系数直接设计法，设计准则是对已知模型的杂波，平均改善因子最大。,设 为参差时变加权，n=0,1,2,n-1. 则频率响应为,2.mti,杂波功率谱为： 杂波相关阵为,2.mti,改善因子: 所以求解权系数w,变为求解矩阵c的最小特征值所对应的特征向量。 当 时,2.mti,例：设计6脉冲mti能抗地杂波和中心在-50hz+150hz范围内的气象杂波 杂波模型： 地杂波高斯谱，=4hz， 强度=60db. 气象杂波高斯谱，=13hz ，中心分别在-50hz，50hz，100hz，150hz，强度分别为 40db，30db，30db，40db。,2.mti,地杂波（f=0处）有深凹口 气象杂波区，从-50hz+150hz有一个200hz宽的凹口 通带内波纹很小,2.mti,下面两表为设计的三和六脉冲mti的改善因子,表1，三脉冲mti,2.mti,表2，六脉冲mti，fr=657hz 可见，参差时，不进行权系数修正，i损失大,2.mti,参差比选择的原则： 使mti速度响应的第一盲速目标最大速度 速度响应通带内应尽量平坦（波纹小）,2.mti,3mti处理对改善因子和信噪比的损失,一、i上限： 受a/d和系统噪声的限制 令a/d的量化误差为，信号在a/d输入，输出分别为sd 和sa， 则：sa=sd+ ， =2-b (b为a/d有效位数) 设为均匀分布的白噪声： 因 理想情况：,则令 ci=1（归一化） co=0（理想情况杂波全部被抑制）2为a/d量化噪声的功率,3mti处理对改善因子和信噪比的损失,表1 b与 的关系,实际上:因 ,co0.因此 , 接收机和系统其它噪声也会限制i。,3mti处理对改善因子和信噪比的损失,设系统总噪声为 ，调整增益，使 ，(即系统最小方差=a/d最小量化间隔)，因此系统噪声和a/d量化误差两者对i的限制为：,表2， 与b的关系,3mti处理对改善因子的限制和信噪比的损失,二. mti处理损失 由有限字长造成 模型：,3mti处理对改善因子和信噪比的损失,mti处理有限字长