经典雷达资料-第15章 动目标显示(MTI)雷达-3

1、PAGE 604雷 达 手 册PAGE 592第15章 动目标显示（MTI）雷达Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET./U第一对零点之间的曲线情况下计算出的。图示的无反馈的几条曲线与如图15.12所示显示的具有高斯形状方向图的理论曲线几乎完全相同（说明反馈对三路延迟对消器影响是一条曲线而不是直线，这是因为在3个零点中，已有两个零点不在原点上，并且根据波束宽度内有14个脉冲的实际情况，它们已沿单位圆移动了最佳量。因此，当波束宽度内有40个脉冲时，这两个零点由于离原点太远而不起太大的作用）。从理论上

2、讲，采用数字滤波器来合成各种形状的速度响应曲线是可能的16。对Z平面上的每对零点和每对极点而言，都需要两个延迟线，用前馈路径控制零点位置，而用反馈路径控制极点位置。速度响应曲线的形状可以仅用前馈而不用反馈来实现。不采用反馈的主要优点是对消器具有很好的瞬态响应，这是相控阵或系统存在脉冲噪声干扰时的一项重要的考虑因素。如果相控阵雷达使用反馈对消器，则在对消器的瞬态振铃还未下降到容许的电平之前，波束就已经改变了位置，因而许多脉冲不得不落在波束以外。人们已提出一种预置技术来缓解这种现象20，但仅仅部分地降低瞬态稳定时间。若只使用前馈，则在波束移动后仅有3个或4个脉冲被去掉。采用前馈控制速度响应曲线的形

3、状的缺点是，对每个用于形成速度响应的零点都需附加一个延迟线。此外，若采用零点来形成速度响应，则曲线就会导致改善因子引入一个固有的损耗。这个损失可能很重要也可能不重要，需根据杂波谱展宽的程度和对消所需零点数来确定。图15.25画出了只用前馈形成的四脉冲对消器的速度响应曲线和Z平面图。图中同时还画出了五脉冲前馈对消器和三脉冲反馈对消器的速度响应曲线。在给出的对消器中，无论杂波谱扩展程度为多少，三脉冲反馈对消器的改善因子潜力均比四脉冲前馈对消器大约好4dB。图15.224 扫描对对具有反反馈的对对消器改改善因子子的限制制曲线是是在假定定天线方方向图只只取siinU/U第一对对零点之之间的形形状时，由

4、由计算机机计算出出来的。五脉冲对消消器被ZZverrev称称为线性性相位21MTII滤波器器222。44个零点点分别位位于Z平面实实轴的+1，+1，-0.335755和-2.779722。许多多关于滤滤波器综综合的文文献都描描述过这这种线性性相位的的滤波器器，但对对MTII应用而而言，线线性相位位并不重重要。如如图155.255所示，若若采用非非线性相相位滤波波器只需需要极少少的脉冲冲就可以以得到几几乎和线线性相位位滤波器器相同的的响应曲曲线。由由于在波波束照射射目标期期间可利利用的脉脉冲数是是固定的的，一个个也不能能浪费，所所以人们们应当选选用那些些只使用用极少脉脉冲数的的非线性性相位滤滤波

5、器。图15.225 赋形速速度响应应曲线的的前馈对对消器与与三脉冲冲反馈对对消器的的比较（见见正文五五脉冲对对消器的的参数）15.8 杂波波滤波器器组的设设计如同15.1节的的讨论，MMTD采采用的波波形包括括相同PPRF和和相同射射频频率率的N个脉冲冲的相参参处理间间隔（CCPI）。从从一个CCPI到到下一个个CPII的脉冲冲重复频频率和射射频频率率有可能能是变化化的。在在这一约约束条件件下，只只有选用用有限冲冲激响应应（FIIR）滤滤波器的的方法才才是设计计滤波器器组惟一一可行的的设计方方法（无无论是PPRF还还是射频频频率改改变，反反馈滤波波器需要要许多脉脉冲回波波才能达达到稳定定，这显

6、显然是不不实际的的）。在监视雷达达波束照照射目标标期间，可可利用的的脉冲数数是由诸诸如波束束宽度、PPRF、需需扫描的的空域和和所要求求的数据据更新率率等系统统参数和和系统要要求决定定的。一一旦约定定了照射射到目标标的脉冲冲数，设设计师就就必须决决定在此此期间须须有多少少个CPPI和每每个CPPI内有有多少个个脉冲。要要想采取取折中方方案通常常是困难难的。设设计师希希望在一一个CPPI中使使用更多多的脉冲冲，以便便能采用用更佳的的滤波器器，但也也希望有有尽可能能多的CCPI。多多个CPPI（以以不同的的脉冲重重复频率率或不同同射频工工作）可可改善系系统的检检测性能能，而且且能提供供用于检检测目

7、标标实际径径向速度度所需的的信息23。在多普勒滤滤波器组组中，单单个滤波波器的设设计是频频率副瓣瓣要求和和滤波器器相参积积累增益益之间的的一个折折中。对对一个给给定的CCPI来来说，所所要求的的多普勒勒滤波器器数目则则是硬件件复杂性性和滤波波器交叠叠时的交交叉损失失间的一一个折中中。最后后，若要要求在零零多普勒勒（地杂杂波）处处具有更更高的杂杂波抑制制能力，则则常常会会引入特特殊的设设计约束束条件。当一个CPPI内的的脉冲数数大于或或等于116时，快快速傅里里叶变换换（FFFT）算算法的系系统设计计方法和和有效实实现特别别引人注注意。由由于在单单个相参参处理间间隔中采采用恰当当的时域域回波加加

8、权函数数，因此此很容易易控制频频域副瓣瓣。进一一步地讲讲，覆盖盖整个多多普勒空空间（等等于雷达达PRFF）所需需要的滤滤波器的的数量（等等于变换换阶数）可可独立选选择，与与CPII无关，详详见后面面所述。当CPI变变小（小小于或等等于100）时，为为了获得得较好的的整机性性能，研研究单个个滤波器器的特殊殊设计，使使其满足足不同多多普勒频频率特定定的杂波波抑制要要求就显显得非常常重要。在在受特定定通带和和阻带约约束的FFIR滤滤波器设设计中，尽尽管某些些系统方方法是可可行的，但但是对较较小的CCPI而而言，直直接的方方法是凭凭试验调调整每个个滤波器器的各个个零点直直到获得得所需要要的响应应为止。

9、下下面给出出一个这这种滤波波器设计计的实例例。滤波器的经经验设计计如下是六脉脉冲CPPI滤波波器经验验设计的的一个实实例（每每个CPPI的66个脉冲冲可根据据系统条条件，如如照射目目标的时时间直接接推出）。由由于滤波波器要使使用6个个脉冲，并并且只有有5个零零点是可可用于滤滤波器设设计的，所所以可利利用的零零点数等等于脉冲冲数减11。滤波波器的设设计过程程包括设设置各个个零点，以以便得到到符合指指定约束束条件的的滤波器器组响应应。下面面的实例例是由一一个交互互式计算算机程序序得出的的，该程程序可移移动滤波波器的零零点直到到得到预预期的响响应为止止。假定定滤波器器的要求求如下：（1）在动动目标滤

10、滤波器的的杂波抑抑制凹口口（相对对于目标标的峰值值响应）中中，响应应为-66ddB；（2）对速速度介于于多普勒勒模糊频频率范围围的20%间的箔箔条杂波波抑制为为-46ddB；（3）由于于硬件的的限制，因因此仅采采用5个个滤波器器；（4）在55个滤波波器中，33个用于于抑制固固定杂波波而响应应动目标标，另两两个则响响应零多多普勒频频率目标标和其模模糊点（具具有好的的固定杂杂波抑制制能力的的滤波器器，采用用两个或或多个相相参滤波波器来覆覆盖零速速响应的的凹口）。基于以上考考虑即可可构造滤滤波器组组。图15.226（a）给出出了滤波波器在多多普勒通通带中央央的目标标响应曲曲线。零零速附近近的副瓣瓣从

11、峰值值下降666dB，因因此在零零多普勒勒频率55%之内内有很好好的杂波波抑制性性能，-46dBB的副瓣瓣有166%的箔箔条杂波波抑制性性能。由由于5个个有效零零点的限限制，所所以这种种滤波器器对200%多普普勒频移移不能提提供-46dB的抑抑制。图15.226（b）给出出了滤波波器对尽尽可能接接近于零零多普勒勒频率的的目标响响应曲线线。此时时，零多多普勒响响应为-66dBB。若在在零多普普勒附近近设置两两个零点点，则所所提供的的零多普普勒杂波波响应是是-66dBB。当相相对多普普勒频移移为0.81.00时，多多普勒滤滤波器副副瓣提供供48ddB的箔箔条杂波波抑制。这这个滤波波器的镜镜像用于于

12、第3个个移动的的多普勒勒滤波器器（镜像像滤波器器的系数数是原滤滤波器系系数的复复共轭）。图15.226（aa） 响应ff T = 0.55目标的的六脉冲冲滤波器器图15.226（bb） 响应ff T = 0.33目标的的六脉冲冲滤波器器（可滤滤除固定定杂波）图15.226（c）给出出了第一一个滤波波器设计计在零多多普勒处处的响应应曲线。已已考虑到到将滤波波器组的的跨接损损失减到到最小（这这就决定定了最大大值位置置），在在0.8多普普勒频移移处对箔箔条杂波波的响应应下降到到46ddB，并并且失配配损耗最最小。失失配损耗耗最小化化是通过过在0.30.88多普勒勒频移之之间的副副瓣上升升到所需需的高

13、度度来实行行的（在在这个区区域内副副瓣降低低，则失失配损耗耗增加），第第二个零零多普勒勒滤波器器是它的的镜像。图15.226（d）给出出了滤波波器组的的合成响响应曲线线。注意意，滤波波器的峰峰值被相相当均匀匀地分配配。第一一个零多多普勒滤滤波器和和第一个个运动的的多普勒勒滤波器器之间的的差别要要比其他他的大，主主要是因因为在此此限制下下，不能能移动第第一多普普勒滤波波器接近近零速。图15.226（cc） 响应ff T = 0.88目标的的六脉冲冲滤波器器（可滤滤除f T = 0.88的箔条条）图15.226（dd） 5个六六脉冲滤滤波器组组成滤波波器组的的合成响响应曲线线切比雪夫滤滤波器组组对

14、于在CPPI中脉脉冲数较较多的情情况而言言，希望望有一个个更加系系统的滤滤波器设设计方法法。如果果多普勒勒滤波器器的设计计准则选选定，即即要求主主响应之之外滤波波器副瓣瓣响应低低于规定定值（即即提供恒恒定的杂杂波抑制制电平），同同时使滤滤波器响响应宽度度最小，那那么基于于多尔夫夫-切比雪雪夫分布布的滤波波器设计计就是最最佳方案案。在天天线文献献中能找找到基于于多尔夫夫-切比比雪夫分分布的特特性和设设计方法法。九脉脉冲CPPI和一一个688dB副瓣瓣电平的的切比雪雪夫滤波波器设计计例子如如图155.277所示。通通过给滤滤波器系系数加一一个线性性相位项项，能将将峰值滤滤波器的的频率响响应定位位于

15、任意意位置。实现覆盖全全部多普普勒频率率所需的的滤波器器总数，在在设计时时要权衡衡滤波器器交叠期期间的跨跨接损耗耗和实现现中复杂杂程度之之间的得得失。图图15.28为为一个用用9个均均匀间隔隔滤波器器组成的的完整的的多普勒勒滤波器器组的实实例。对对照如图图15.18所所示所认认定的杂杂波模型型，这一一滤波器器组的性性能，如如图155.299所示。此此图显示示，对于于零多普普勒杂波波，信杂杂比改善善是目标标多普勒勒频率的的函数。在在每个目目标多普普勒频率率处只画画出能提提供最大大改善的的滤波器器响应曲曲线。为为了便于于比较，取取如图115.118所示示的最佳佳曲线用用虚线画画出，对对于指定定的杂

16、波波模型，可可给出切切比雪夫夫滤波器器设计性性能良好好程度的的直接评评价。同同时也显显示了最最佳滤波波器和切切比雪夫夫滤波器器组二者者的平均均SCRR的改善善程度。图15.227 68ddB多普普勒副瓣瓣的切比比雪夫FFIR滤滤波器设设计图15.228 CPII为9脉脉冲时668dBB切比雪雪夫多普普勒滤波波器组响响应曲线线图15.229 68ddB切比比雪夫多多普勒滤滤波器组组的SCCR改善善与最佳佳值的比比较图15.330说明明了作为为杂波谱谱相对扩扩展函数数的688dB切比比雪夫滤滤波器组组的平均均SCRR改善和和最佳值值曲线（出出自如图图15.19所所示中）。由由于在滤滤波器组组中所用

17、用的滤波波器数量量有限，因因此若有有多普勒勒频移引引入到杂杂波回波波中，则则对平均均SCRR的改善善程度会会有一定定的影响响。图中中的斜线线阴影部部分不仅仅说明了了这种影影响，也也显示了了对所有有可能的的多普勒勒频移情情况下平平均SCCR改善善程度的的上、下下限。这这种偏差差将随多多普勒滤滤波器组组中所用用滤波器器个数的的减少而而增大。图15.330 如图115.228所示示的688dB切切比雪夫夫多普勒勒滤波器器组的平平均SCCR改善善CPII = 9脉冲冲，最佳佳值取自自如图115.119所示示中。FFT滤波波器组对联普波言用T将减件种要波中有器相响而些器普均列而给小P需器目变例在回按的响

18、权如雪权通额零展数方也零获大的器15.9 参差差脉冲重重复频率率参差的设计计方法改变雷达脉脉冲之间间的间隔隔，目的的是移开开相当于于MTII系统盲盲速的目目标速度度。可以以在扫描描之间、脉脉冲之间间或驻留留之间（每每次驻留留是波束束宽度的的一部分分）改变变脉冲的的间隔。每每种方法法都各有有优点。在在扫描之之间改变变脉冲间间隔方法法的优点点是雷达达系统比比较易于于制造，并并且时间间上多次次循环出出现的杂杂波在功功率放大大器MTTI系统统中被对对消。为为了使没没有参差差的MTTI系统统更好地地工作，就就要求发发射机能能稳定地地工作，但但是这样样不仅要要多花钱钱，而且且设备的的重量也也更重。在在脉冲

19、之之间或驻驻留之间间进行参参差工作作的雷达达，要使使发射机机能够充充分稳定定地工作作就更为为困难。脉脉冲之间间参差用用MTII处理，而而驻留之之间参差差用滤波波器组处处理。对许多MTTI应用用而言，脉脉冲之间间的参差差是重要要的。例例如，若若采用扫扫描之间间脉冲参参差和用用一个具具有366%抑制制凹口宽宽度的二二项式加加权三脉脉冲对消消器时，则则在每次次扫描时时，仅仅仅由于对对多普勒勒频率的的考虑，就就会丢失失36%的有用用目标信信号。在在某些运运用场合合，这是是不能容容许的。而而在采用用脉冲之之间的参参差时，则则每次扫扫描均能能在所关关注的全全部多普普勒频率率上获得得良好的的响应。此此外，还

20、还可以在在某些多多普勒频频率上获获得更好好的速度度响应，即即比在扫扫描到扫扫描的基基础上用用这些脉脉冲间隔隔所能得得到的响响应更好好。这是是因为脉脉冲之间间的参差差会在MMTI滤滤波器通通带内产产生多普普勒频率率分量的的缘故。如如图155.166和图155.177所示，脉脉冲之间间参差可可能会使使系统能能达到的的改善因因子降低低。但是是，这种种降低可可能并不不要紧，或或者说可可用下面面讨论的的时变加加权来加加以消除除。脉冲冲之间参参差的另另一个优优点是可可允许去去掉对消消器中的的反馈（用用于缩小小盲速的的凹口），从从而简化化了对消消器的设设计。最佳参差比比的选择择取决于于必须无无盲速的的速度范

21、范围和速速度响应应曲线上上第一个个零点可可允许的的深度。在在大多数数的应用用场合下下，以44周期的的参差比比为最好好，并且且用在第第一盲速速（用VV/VB表示）加加上数字字-3，22，-1，33（或33，-2，11，-3）的的方法，即即可得出出一组很很好的参参差比。因因此，在在如图115.331所示示中，当当第一盲盲速出现现在V/VB = 28附附近时，参参差比为为2533027731（交交替使用用长的和和短的周周期可保保持发射射机的占占空比尽尽可能不不变，同同时又能能保证在在第一零零点VVB处有最最佳响应应）。如如果用44种脉间间周期，使使第一凹凹点太深深，就可可用五种种脉间周周期，其其参差比比则可对对第一盲盲速加上上-6，+5，-4，+4，+1的数数字来获获得。图图15.32为为5种脉脉冲间隔隔时的响响应曲线线。第一一凹点的的深度可可由下面面要讲到到的如图图15.39所所示来预预测。图15.331 速度响响应曲线线双路对对消器