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一、杂波及其特点
1.1 什么是杂波#xff1f;
1.2 杂波的频谱特性
二、动目标显示(MTI)技术
2.1 对消原理
2.2 数字对消器设计
三、MATLAB仿真
3.1 对消效果验证
3.2 代码 一、杂波及其特点
1.1 什么是杂波#xff1f;
杂波是相对目标回波而言的#xff0c;…目录
一、杂波及其特点
1.1 什么是杂波
1.2 杂波的频谱特性
二、动目标显示(MTI)技术
2.1 对消原理
2.2 数字对消器设计
三、MATLAB仿真
3.1 对消效果验证
3.2 代码 一、杂波及其特点
1.1 什么是杂波
杂波是相对目标回波而言的它是指对雷达正常工作时的目标回波有干扰的回波信号。对于工作在地面的雷达杂波主要来源于固定建筑物、围栏、树木等静止目标或慢速运动目标产生的回波以及地表反射的回波。
由于单个杂波分量具有随机的相位和幅度因此合成的总杂波也是随机的具有类似热噪声的统计特性并且杂波信号的强度要远大于接收机内热噪声的强度。因此雷达在强杂波背景下检测目标的能力主要取决于信杂比而不是信噪比。
杂波抑制的目的就是采用数字信号处理技术滤除或者抑制固定目标杂波和慢速目标杂波从而保留运动目标回波。
1.2 杂波的频谱特性
雷达工作时可能会碰到的杂波包括地物、海浪、云雨及敌人施放的箔条等。除了孤立的建筑物可认为是固定的点目标外大多数杂波均属于分布杂波且包含内部运动。当天线不扫描时固定杂波的功率谱是位于(n0±1±2...) 位置上的离散谱线其中为脉冲重复频率。当天线扫描时由于回波脉冲数有限将引起谱线的展宽。此外由于天线扫描引起双程天线方向图对回波信号调幅也会导致功率谱展宽。
一般杂波谱可用高斯函数表示为 其中n为单程天线方向图3dB宽度内的脉冲数。 二、动目标显示(MTI)技术
2.1 对消原理
当固定目标、地杂波等与运动目标处于同一距离单元时前者的回波通常较强以至于运动目标的回波被淹没其中故必须设法对二者进行区分。
因固定目标回波的多普勒频率为零慢速运动的杂波中所含的多普勒频移也集中在零频附近它们的回波经相位检波后输出信号的相位将不随时间变化或者不随时间做缓慢变化反映在幅度上则为其幅度不随时间变化或者不随时间做缓慢变化。相反运动目标回波经相检输出后因其相位随时间变化较大反映在幅度上也是幅度随时间变化较快。
因此若将同一距离单元在相邻重复周期内的脉冲做相减运算则固定目标回波将被完全对消慢速杂波也将得到很大程度的衰减只有运动目标回波得以保留。这样就可以将固定目标、慢速目标与运动目标区别开来。
2.2 数字对消器设计
数字对消器本质上就是一种数字滤波器根据所设计滤波器的幅频响应特性可以滤除相应频率的信号分量。常用的MTI滤波器为延迟线对消器根据对消次数的不同可分为单延迟线对消器、双延迟线对消器和多延迟线对消器。
1、单延迟线对消器 1-1 单延迟线对消器结构图 单延迟线对消器的结构如图1-1所示滤波器的输出为输入的两个脉冲进行运算得到该滤波器也称为双脉冲对消器或者一次对消器其用数学公式可表示为 其中T为脉冲重复周期PRT。
对上式求Z变换可得
由此可知其系统函数为
由傅里叶变换与Z变换的关系得到对消器的功率增益为 进而得到其幅频响应为 单延迟线对消器的幅频响应曲线如图1-2所示取脉冲重复周期则脉冲重复频率由滤波器的幅频特性曲线可知在频率处有零点因而该滤波器起到了抑制固定目标回波和慢速运动目标回波的作用。 1-2 单延迟线对消器的幅频响应 2、双延迟线对消器 2-1 双延迟线对消器结构图 双延迟线对消器的结构如图2-1所示它由两个单延迟线对消器级联而成。双延迟线对消器经常被称为三脉冲对消器或者二次对消器其数学表达式如下 对上式求Z变换可得
由此可知其系统函数为从系统函数的表达式可以看出其等效于两个一次对消器级联。
由此得到二次对消器的功率增益为 式中为单延迟线对消器的功率增益。
进而得到其幅频响应为 双延迟线对消器的幅频响应曲线如图2-2所示可以看出双延迟线对消器比单延迟线对消器具有更好的响应(更深的凹口和更平坦的通带响应)。单延迟线对消器的频率响应较差原因在于其阻带没有宽的凹口。而双延迟线对消器无论在阻带还是通带上都比单延迟线对消器有更好的频率响应因此得到了更广泛的应用。 2-2 延迟线对消器的幅频响应 3、多延迟线对消器 3-1 多延迟线对消器 多延迟线对消器的结构如图3-1所示它是由多个单延迟线对消器级联而成N延迟线对消器的数学表达式为 式中N为对消器的次数对消器的系数为二项式系数用下式计算 N次对消器的系统函数可表示为 其幅频响应和相频响应分别为 可见相位响应φ(w)与w是线性关系所以对消器是一种线性相位滤波器回波信号通过它后相位关系不产生非线性变化。
三、MATLAB仿真
3.1 对消效果验证
由第二节的内容可知MTI技术实质上就是设计一个滤波器通过对多组脉冲回波的同一个距离单元加权求和即可实现。对于静止目标在该距离单元频谱固定加权求和后将固定的频谱相互抵消对于运动目标在该距离单元频谱存在多普勒频移加权求和后目标频谱不会完全抵消。
通过MATLAB仿真多组具有静止目标和运动目标的回波信号对比不同次数的对消器对杂波的抑制效果。 案例及对应的代码会在博文【雷达测速原理及实现方法】写完后更新。
3.2 代码
clc;
clear;
close all;%% 单延迟线对消器
PRT 1e-3;
PRF 1/PRT;
f (-2000:1:2000);
H1 2*abs(sin(pi*f*PRT));
H1 H1/max(H1);
H1_d mag2db(H1);
figure;
subplot(2,1,1);plot(f/PRF,H1);
xlabel(归一化频率f/fr);ylabel(幅度);title(延迟线对消器的幅频响应);
subplot(2,1,2);plot(f/PRF,H1_d);
xlabel(归一化频率f/fr);ylabel(幅度(dB));ylim([-50 0]);%% 双延迟线对消器
H2 4*abs(sin(pi*f*PRT)).^2;
H2 H2/max(H2);
H2_d mag2db(H2);
figure;plot(f/PRF,H1_d);hold on;plot(f/PRF,H2_d);ylim([-50 0]);
xlabel(归一化频率f/fr);ylabel(幅度(dB));title(延迟线对消器的幅频响应);
legend(单延迟线对消器,双延迟线对消器);
