(十四)MIT公开课雷达系统工程之杂波抑制(MTI)

0 写在前面

有人说:幸福的人都沉默。百思不得其解,问一友人,对方淡然自若地答:因为幸福从不比较,若与人相比,只会觉得自己处境悲凉。 ——梁文道《常识》

1 基本介绍

杂波问题—大局观:

Clutter Problems – The Big Picture (cont.)

Radar Display with Clutter

The Solution:运动目标显示(MTI)和脉冲多普勒(PD)处理利用不同信号的多普勒频移来增强对运动目标的检测并抑制杂波。总体解决方案是一组连续的多普勒处理和检测/阈值技术:较小的目标需要更多的杂波抑制。

多普勒效应

术语与基础:

2 杂波抑制历史

早期非相干MTI:最早的杂波(地面反向散射)抑制技术包括存储整个雷达回波脉冲,并从下一个回波脉冲中减去它,按照今天的标准,存储设备非常粗旷。

连续波和脉冲雷达的方框图:

杂波抑制历史:

3 数字革命的影响——摩尔定律

技术视角:在过去的40到50年里,三种技术已经发展并彻底改变了雷达处理。相干发射机;A/D转换器出现:高采样率、线性、宽动态范围;数字处理革命-摩尔定律:低成本、紧凑型数字存储器和处理器,开发算法形式,以实际使用这种新的数字硬件,“数字信号处理”这些发展是“技术推动者”,是当今雷达系统中现代杂波抑制技术发展的关键。

4 MTI 杂波抑制

4.1 总体介绍

用于MTI和脉冲多普勒处理的波形:

MTI处理的数据收集:

距离模糊:

雷达测距与重频的选择:

MTI工作原理:

MTI处理:静止杂波占据的陷波多普勒频谱;在其他地方提供宽的多普勒通带;盲目速度出现在脉冲重复频率的倍数。当采样频率(PRF)等于多普勒频率的倍数时(混叠)。

双脉冲MTI对消器的频率响应:

MTI 实际问题:

  • 杂波频谱具有有限的宽度:这取决于天线运动、地面反向散射的运动(森林、植被等)和发射机不稳定;
  • 所有MTI处理器都能看到一些频谱扩展的地杂波:两脉冲、三脉冲、四脉冲等,MTI消除器;在MTI消除器设计中使用反馈
  • 所有这些都有其长处和短处:主要问题是有多少杂波反向散射通过MTI消除器泄漏,称为杂波泄漏。

多普勒模糊:

盲速例子:

无模糊距离和速度:

MTI盲相损耗——示例1:在这种情况下,在通过两脉冲MTI进行处理之后,如果仅使用I通道,则损失一半的信号能量;同时使用I和Q通道将解决此问题。



MTI盲相损耗——示例2: PRF是目标信号的多普勒频率的两倍。PRF的相位使得,对于I通道,采样发生在零交叉处;然而,在Q通道采样中,信号被完全恢复,再次表明需要实现I和Q通道。

MTI改善因子:

4.2 MTI对消器

双脉冲与三脉冲对消器:

MTI改进因子示例:三脉冲消除器为该模型提供了更宽的杂波陷波和更大的杂波衰减,仅包括地杂波的影响。

使用反馈的MTI相消器:在脉冲较少的情况下,如果不在MTI消除器中使用反馈,则很难开发出具有矩形形状的滤波器,基于三极Chebyshev设计的递归MTI滤波器。

MTI消除的递归技术优缺点:

4.3 信号限幅器对MTI影响

MTI雷达中限幅器的使用:

  • 在现代A/D转换器出现之前,由于具有宽动态范围和高采样率,雷达需要对饱和接收器中的雷达信号施加限制器:模拟显示器会“炸裂”,因为它们只有20分贝左右的动态范围;限制大杂波离散回波的振幅,导致其频谱显著扩展。
  • 已经表明,将限制器与MTI消除器一起使用会显著降低其性能:3脉冲消除器的MTI改善因子从42dB(无限幅器)降低到29dB(有限幅器)。
  • 现代而简单的解决方案是使用具有足够比特的A/D转换器,以便它们能够在其动态范围内充分适应所有预期的信号和杂波回波

4.4 多重和交错PRF

使用多个PRF缓解盲速度问题:使用多个重频可以在另一个重频上检测到径向速度与1个重频下的盲速度相对应的目标;PRF变化可以从扫描到扫描,从停驻留到驻留,或从脉冲变为脉冲(交错PRF)。

交错重频以提高盲速:

交错重频以提高盲速:交错或改变脉冲之间的时间将提高盲速度;尽管交错的重频消除了在恒定重频下可能获得的盲速,但会有一个新的更高的盲速;交错重频的使用不允许MTI消除“二次杂波”。

5 总结讨论

  • 运动目标指示器(MTI)技术是一种多普勒滤波技术,可抑制静止杂波:未测量径向速度。
  • 盲速度是多普勒空间中目标具有这些多普勒速度无法被探测到。
  • 两个和三个脉冲MTI消除器是MTI滤波器的示例。
  • 提高盲板速度的方法:改变脉冲组之间的时间(多个PRF);改变单个脉冲之间的时间(交错PRF);这些技术各有利弊
  • 使用MTI技术抑制移动杂波(降雨)有很大困难

6 参考文献

[1] 百度翻译

[2] MIT 公开课: Radar Systems Engineering

posted @ 2023-08-15 08:40  SymPny  阅读(200)  评论(0编辑  收藏  举报