动目标检测器(MTD)

动目标检测测器（MTD）§1.MTD的的原理1)有色噪声中中最佳接收收理论其中，——白化滤滤波器——与信号号匹配滤波波器2)白化滤波器器的实现白化滤波器器频率特性性应为有色色杂波加噪噪声谱的倒倒数，在实实现上有几几种近似方方法：A)MTI对地地杂波近似似白化B)速度度自适应MTI，，对运动杂杂波近似白白化C)MTI+速速度自适适应MTI，对地地杂波和运运动杂波同同时实现近近似白化D)最大大熵谱估计计AMTI，理想想白化3)匹配滤波器器目标fd从0－fr均匀分布，，所以设置置多普勒滤滤波器组来来近似实现现匹配滤波波；可用FIR或或FFT来实实现。4)频域域CFAR和选大在每一多普普勒滤波器器通道输出出设置CFAR电路路；各通道道过CFAR门门限的信号号相互比大大，取最大大值作为MTD输输出值§2.成成组处理理MTD———BMTD一.CPI：天线扫过一一个点目标标时在方位位上的相继继回波数，，称为击中中数H。。CPI———相参参处理间隔隔是BMTD中组的的大小。若若一个CPI内的回回波数为m，应保保证：这里（整数）所以BMTD的的定义为：：将一个CPI中中的回波波结合为一一组，来进进行MTD处理理。波束中的回回波应分为为2个个CPI，，才能保证证至少一个个CPI中中包含了全全部目标信信息，否则则会导致S/N下下降，降降低检测性性能。例：击中数数H＝＝32时时，m＝16(个)，，这是最大值值二.乒乓存储器器：为了实时进进行成组处处理，必须须首先将一一个CPI中的的全部回波波数据存储储起来，当当该CPI数据据全部存完完后（乒存存储器存满满后），则则取出来沿沿距离间隔隔顺序处理理，与此同同时，对下下一个CPI的的回波数据据进行存储储（存入乓乓存储器））乒乓存储器器容量：设：CPI=m距离间隔=nA/D字长长＝bbits则：Z=2××m××n××b××2=4mnb|乒乓|I,Q例：CPI=64=mn=1024b=12bits则：Z=4×64×1024×12=384Kbytes三.多普普勒滤波器器组：(1)阶阶数：多普勒滤波波器组阶数数为M，则则M＝m－（（预白化MTI阶阶数－1）例： 当m＝18，MTI为3脉脉冲（3阶阶）时，则M＝18－2＝＝16（阶阶）2）多普勒勒滤波器组组的实现方方法1.FFT算法法：当M=2T（T＝整数数）时，可可用基2FFT，，并采用加加权来减小小旁瓣，降降低杂波通通过旁瓣的的泄漏，提提高改善因因子。一般采用：：Hamming或或Chebyshev加加权效果果较好。加权FFT滤波器组的的FFT实实现xi优点：运算算量少，设设备简单；；运算量为：：次蝶形运算算。采用四周蝶蝶形算法，，故乘法次次数为例：M=16，乘法法次数为次乘加。缺点：每个个滤波器形形状完全一一致，不灵灵活。2.FIR算法a)权系系数设计：：窗函数法法………任意窗窗函数Remez多重变换换算法………旁瓣约束束等波纹设设计法权系数hi(n),(i=1,2,……,M),(n=1,2,………,M)b)具体体算法：,i=1,2,……,M这里和和为为复数，，于是有：i＝1,2,……,Mc)FIR滤波器组运运算量4×M2例：M=16，，则4×(16)2=1024(复复乘)优点：灵活活，性能好好缺点：运算算量大，复复杂§3.MTD系系统的改善善因子一.最最佳多普勒勒滤波器组组构成的MTD系系统的改改善因子所谓最佳多多普勒滤波波器组，即即每个滤波波器的权函函数Wi都是最最优权函数数。这里最最优是相对对于一定的的杂波模型型和信号假假设而言的的。1.CPI中中M个信号号回波可用用一复矢量量表示：Ps为每个个信号回波波的功率，，这里假设设天线波瓣瓣形状为矩矩形，所以以每个Ps相等。Φ为信号的的随机相位位。，是脉冲———脉冲间间的相移2.杂波波回波是：：这里：是是杂波波功率3.热噪噪声：这里：为为噪声声功率4.总输输入为：（这里假设设s,c,n为为统计独立立的）5.改善善因子：输入信干比比为：令多普勒滤滤波器组有有复加权，wi为每一个滤滤波器通道道的权值则滤波器的的输出为：：相应的输出出功率为：：其中，代代表输入回回波的协方方差矩阵，，用表表示（因S，C，n相互互统计独立立）这里，归归一化信信号协方差差阵归一化杂波波协方差阵阵中的第i，，j位置的的元素可由由杂波相关关函数决决定(单位阵)，归一化化噪声协方方差阵具有复加权权的的多普勒滤滤波器的噪噪声增益为为当信号的从从均均匀分分布时，信信号平均增增益输出信干比比为：则改善因子子：信号功率增增益输入(杂波波＋噪声)功率输出(杂波波＋噪声)功率为信号功率率增益对噪噪声功率增增益之比，，即为相干干积累增益益为归一化的的干扰抑制制比，即干干扰抑制比比乘噪声增增益。这相相当于前面面讲过的平平均改善因因子。可见见MTD可可以以看看成成白白化化滤滤波波器器（（具具有有平平均均改改善善因因子子IMTI）和和相相干干积积累累器器（（多多普普勒勒滤滤波波器器组组））的的级级联联。。白化化滤滤波波IMTI多普普勒勒滤滤波波器器组组GC由文文献献知知，，最最佳佳应应为为：：干扰扰协协方方差差阵阵的的逆逆信号号的的复复共共轭轭具有有最最佳佳加加权权的的MTD就就是是有有色色噪噪声声中中的的最最佳佳检检测测器器。。由于于和和都都是是的的函函数数，，当当在在中中均均匀匀分分布布时时，，该该最最佳佳处处理理器器的的平平均均改改善善因因子子为为：：例：：杂杂波波谱谱为为高高斯斯形形可用用数数值值计计算算出出不不同同和和N时时的的23469167.514182532.540当：：时时二.理理想想白白化化滤滤波波器器级级联联滤滤波波器器组组的的改改善善因因子子白化化滤滤波波器器Hw(f)滤波波器器组组令杂杂波波功功率率谱谱为为Sc(f)，，则则理理想想Hw(f)应应为为Sc(f)的的倒倒谱谱或：：这里里：：Sc(f)是是杂杂波波功功率率谱谱(采采样样前前，，f是是从从内内扩扩展展的的)相当当于于把把杂杂波波功功率率折折叠叠到到内内，j取取整整数数白化化滤滤波波器器平平均均归归一一化化对对消消比比：：（杂杂波波抑抑制制比比））××（（噪噪声声增增益益））又：：令则：：后接接滤滤波波器器组组在在理理想想情情况况下下为为一一相相干干积积累累器器（（即即矩矩形形窗窗加加权权，，且且目目标标fd正好好处处于于某某滤滤波波器器通通代代中中央央）），，相相干干积积累累增增益益为为：：所以以系系统统改改善善因因子子：：例：：杂杂波波功功率率谱谱计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而这是是系系统统改改善善因因子子上上界界；；当当非非矩矩形形窗窗加加权权时时会会有有S/N损损失失，，当当fd不不处处于于滤滤波波器器中中央央时时，，应应算算平平均均相相参参积积累累增增益益，，也也会会有有损损失失。。三.实实际际MTD系系统统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权权实际际系系统统为为一一个个2脉脉冲冲或或3脉脉冲冲MTI级级联联加加权权滤滤波波器器组组。。令：：对对消消器器传传递递函函数数和和第第i个个滤滤波波器器传传递递函函数数的的合合成成为为：：对而而言言，，归归一一化化对对消消比比为为：：实际际ISIR<理理想想ISIR（杂杂波波抑抑制制比比））××（（噪噪声声增增益益））则：：由：：如已已知知和和，，则则可可求求得得相干干积积累累增增益益为为因此此，，则：：，，N为为滤滤波波器器数数例：：3脉脉冲冲对对消消＋＋8脉脉冲冲滤滤波波器器组组，，杂杂波波为为高高斯斯谱谱1.矩矩形形窗窗加加权权时时0.0060.050.070.080.186.442.638.936.230.12.25dB旁旁瓣瓣Chebyshev加加权权0.0060.050.070.080.19351.343.84032.8可见见，，比比理理想想性性能能相相差差较较大大，，Chebyshev加加权权副副瓣瓣越越低低，，则则越越高高§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宽宽度度限限制制，，因因而而较较低低，，可可用用以以下下几几种种方方法法加加以以改改善善。。因波波束束内内至至少少有有两两个个CPI，，设设第第一一个个CPI报报告告的的方方位位为为，，第第二二个个CPI报报告告的的方方位位为为一.内内插插法法提提高高方方位位精精度度估计计方方位位这里里为为内内插插函函数数，，它它取取决决于于与与和和相相对对应应的的目目标标报报告告的的对对数数幅幅度度1.波波束束内内为为单单CPI：：此时时，，F=0，，2.波波束束分分裂裂法法（（波波束束内内为为2个个CPI时时））：：假设设两两个个CPI为为等等同同看看待待（（即即信信号号回回波波在在两两个个CPI中中均均充充满满时时）），，可可令令F=1/2，，所以以，，二.质质量量中中心心法法可见见质质量量中中心心法法相相当当于于内内插插法法中中的的A1和A2为相相应应于于和和的的线线性性幅幅度度三.天天线线波波束束形形状状相相关关法法：：K是是常常数数，，与与天天线线波波瓣瓣形形状状有有关关。。四.波波束束匹匹配配法法：：当波波束束内内的的报报告告数数较较多多时时，，采采用用波波束束形形状状对对每每个个报报告告实实施施加加权权求求中中值值法法。。其中，为为波束相应于于的的形状因子。。各种方法比较较：BMTD分分辨率取决于于波束宽度。。§5.滑动动MTD———SMTD为了提高MTD处理理的方位精度度，可采用滑滑动MTD。。一.原理：：在方位上每滑滑过一个脉冲冲，做一次M点的MTD，新进进入一个信号号，丢掉一个个老信号，又又进行一次M点MTD。因此此每次MTD处理中均均只有一个新新信息，M－－1个老信信息。SMTD处理理中，可获得得与天线波束束内的击中数数相等的报告告数，从而可可采用质心法法等方法来提提高MTD的方位精精度。SMTD最大大的难点是运运算量相对于于BMTD增增加了M倍。。所以必须寻寻求减少运算算量的新方法法。传统单滑动处处理的MTD结构图中，N为为窗长（也是是滤波器组的的个数），每每滑进、滑出出一个脉冲要要完成N个个滤波器运运算，N次次恒虚警处理理，和N个个通道的门门限比较以及及选大输出，，运算量庞大大。这种处理有两两个冗余度：：1)每一步步处理N个个滤波器中中有N－1个滤波器器结果并不输输出，即只有有目标通道输输出。但目标标多普勒频率率在一次扫描描波束范围内内是不会发生生太大变化的的。可认为所所处理的滤波波器通道不变变。由此可得得出在整个波波束范围内只只作一次目标标通道判决。。每判一次后后，可作多次次滑动处理，，且每次滑动动处理只处理理目标所在的的多普勒滤波波通道即可。。从而可以大大大节省运算算量。2)相邻两两次处理的N个数据据中，有N－1个数数据完全相同同。所以相邻邻两次FFT处理之之间可导出一一种滑动递推推算法，提高高滑动FFT处理的的效率。二.成组判判断和滑动处处理相结合的的SMTD1)成组判判断：在波束束范围内仅做做一次目标通通道判决2)滑动处处理：仅对有有目标的通道道进行单滤波波器的滑动处处理因此，新的结结构如下图所所示：在波束范围内内，由于仅做做一次目标通通道判决，所所以只做一次次FFT（或或滤波器组）），一次N通道恒虚虚警，和一次次N选1判断即可可。如成组判断后后，判目标通通道为K0；则在整个波波束范围内的的滑动处理时时，每次滑动动后仅作K0通道的滤波、、恒虚警即可可，从而大大大节省了运算算量。此外各各相邻两次单单滑动处理间间有极强的相相关性（因有有N－1个个数据相同同），所以前前次滤波的某某些结果可直直接送入下次次滤波处理中中，进一步减减少了单滤波波器处理的运运算量。成组判断和滑滑动处理相结结合的实现方方框图:三.滑动处处理的快速递递推算法令用N点点DFT完完成窄