雷达原理讲义

2、频域特性
时域脉冲串（有限延拓，T = MTr）
sin(Tf ) Tf
T，Tr , 的影响
f0
1 f0
f
sin(Tf ) Tf
f
一、动目标与固定目标信号的特点
2、频域特性
固定目标频谱
1 f0
运动目标频谱
f0
1
f0
f
Tr
1 ( f0 fd )
Tr
( f0 fd )
f
1
f0 fd
x(t)
w -
Tr
+ y(t)
自适应因子 y(t) x(t) wx(t Tr )
输出功率
P0
E
y
2
E y(t) y* (t)
P0 E{[x(t) wx(t Tr )] [x(t) wx(t Tr )]*} E[x(t)x* (t)] E[w*x(t)x* (t Tr )] E[wx* (t)x(t Tr )] E[ww*x(t)x* (t Tr )]
中频全相参（干）MTI雷达框图
中频全锁相脉冲相参MTI雷达框图
采用主振放大式发射机
采用自激振荡器 相位随机 在中频上实现锁相
2、消除固定目标回波
混频后的固定目标频谱
1 f n nfr
Tr
通常的方法
01
1
Tr
f
a) 频谱抑制法
b) 对消器
实质： 在 f nfr 形成滤波凹口
2、消除固定目标回波
六、动目标检测MTD
MTI：通常认为只有对消器，模拟成分多
MTD：可认为是MTI的改进
相检后增加了系列数字电路 采用保持、A/D转换、数字延迟、运算器等
增大了信号处理的动态范围 增加了多普勒滤波器组 能抑制多种形式的杂波
增加了多普勒 滤波器组
多普勒滤波器组
信噪比提高N倍 分辨力提高N倍
1、盲速 采用参差重复频率
fr1
2 fr1
3 fr1
f
合成后的传递函数
多重复频率
Tr Tr T
fr2
Tr T Tr Tr T
2 fr2 f f
Baidu NhomakorabeaTr T
H1(z)
H2(z)
…
HM(z)
1、盲速
采用参差重复频率对性能的提高
设等效盲速为
v
' r
0
等效多普勒频率为
f
' d
0
v'r0 为采用参差重复频率
3）正交双通道
s(t) e jit 1 u (t)e jit u* (t)e jit e jit 2
1 u(t) 1 u* (t)e2 jit
2
2
s(t) e jit s(t)[cos it j sin it] s(t) cos it js(t) sin it]
同相支路I
正交支路Q
由于是IIR型，有限脉冲干扰的影响
递归型滤波器的设计（二次对消） 非递归型
递归型
传递函数 两个零点
传递函数
两个零点 两个极点
递归型滤波器的设计（二次对消） 非递归型
递归型
多次相消梳状滤波器 零、极点的设计
3、消除运动杂波
一次对消
杂波
f 'd
二次对消
目标： 滤波器的凹口对准杂波中心
技术： 设计零点
接收机
二、动目标多普勒信息提取方法
1、连续波多普勒雷达
基准信号： U0 回波信号： Ur
检波器： U0 Ur
通常 U0 Ur U U0 Ur cos
初始相位差
U0 Ur cos(d t 0 )
直接检波的优缺点
优点：简单
固定目标：
运动目标：
缺点：直接在载频上进行检波，相检器产生的噪声大
3）正交双通道
中频实信号
s(t) a(t) cos[it (t)]
1
s(t)
a(t)e j (t)e jit a(t)e e j (t) jit
2
1
u(t)e jit u* (t)e jit
2
时间慢变化
note u(t) a(t)e j(t)
单路相位检波
出现频谱混叠，无法正确提取 u(t) 无法区分多普勒频率的正负值
一、动目标与固定目标信号的特点
2、频域特性
PT (t)
幅度值 零点位置
sin( f ) f
t
21
12
f
PT (t) sin(0t 0 )
t
f0
f0
1
f
一、动目标与固定目标信号的特点
2、频域特性
时域脉冲串（无限延拓）
Tr
t
1 f0
Tr
谱线之间的间隔
f0
1
f0
f
一、动目标与固定目标信号的特点
解决办法：边带超外差接收机
边带超外差接收机连续波多普勒雷达
f0 连续波 发射机
f0
混频器
fc 中频本振
f0 , f0 fc , …
fc
边带滤波器
f0 fc
接收机 混频器 f0 fd
fc fd
中频 放大器
相位
检波器 fd
多普勒 滤波器
显示器
镜像问题 ud (t) K cos(d t)
d
d
采用I、Q通道
s(t) cos(d t) j sin(d t) e jdt
由于发射信号有限长所引入的频谱展宽
二、动目标多普勒信息提取方法
2、相关脉冲多普勒雷达
基准信号： U0
检波器： U0 Ur
1/ fd
运动目标
固定目标
相邻脉冲的相位差
dTr 0 2vrTr
c
相邻脉冲间的时延变化量
tr 2vrTr 2R
fr1 fr 2
2 * fr1 * fr2 fr1 fr 2
采用参差重复频率对性能的提高 提高了盲速，改善了曲线的平坦度
四、盲速、盲相的影响及解决途径
2、盲相 盲相与盲速的区别
对消器的输出
y(t)
u '(t) u(t)
2Ur
sin
d Tr
2
sin
d
t
d Tr
2
0
引起盲速
z ej
z e j 2 f 'd / fr
H (z) 1 e j z1
f 'd
复数滤波器
自适应动目标显示 (AMIT: Adaptive Moving Target Indication)
杂波频谱中心变化，滤波器的凹口应自适应地对准杂波中心
H (z) 1 e j z1
H (z) 1 w z1
Tr
2
H () H max
一次对消器的缺点： 凹口窄、上升时间长
2、消除固定目标回波
二次对消器
x(n)
Z-1
x(n 1)
-
+
Z-1
-
+ y(n)
传递函数
Y ()
H ()
1 e jTr
2
X ()
H ()
H max
sin
2
Tr
2
对消器对固定杂波的消除 一次对消
杂波
二次对消
分析： 二次对消较一次对消有所改善 通带内频响不均匀 属于有限脉冲响应（FIR）滤波器
下的盲速
可以看成是
fr1和 fr1的最小公 倍数
采用参差重复频率对性能的提高
fr1
2 fr1
fr2
Tr1 3
3 fr1
Tr 2
f
2
f
' d
0
3 fr1
2.5倍？
2 fr2 f f
fd0
fr1 fr2 2
fd0 5 fr1 4
3 fr2 fr1
2
12 k
5
2
fd0
Tr1 Tr 2
2
11
一次对消器
u '(t)
u(t)
+
检波器
延迟Tr
- y(t)
u(t)
u(t) Ur cos(d t 0 ) u '(t) Ur cos[d (t Tr ) 0 ]
y(t) u '(t) u(t)
2Ur
sin
d Tr
2
sin
d
t
d Tr
2
0
幅度
正弦信号
dTr n 时, fd nfr , y(t) 0
nfr
2vr
1
vr 2 nfr
1、盲速 从对消器的角度分析
H () H max
fd nfr 盲速
盲速区
1 最大不模糊的速度： fd 2fr
2
vr m a
x
1
2
fr
Recalling
最大不模糊的距离： R max c
2 fr
c
v R r max max constant 8
vr max fr 4
f0 fd Tr
二、动目标多普勒信息提取方法
相干信号：同一信号的两个部分，
或在时间上具有严格联系性的两个信号
相干法：利用相干信号作为回波信号相位比较基准的方法 相干雷达：采用相干法的雷达，（通常用于动目标检测）
连续波多普勒雷达 脉冲多普勒雷达
二、动目标多普勒信息提取方法
1、连续波多普勒雷达
基准信号
第六章 运动目标检测
MTI （Moving Target Indication） MTD （Moving Target Detection）
一、动目标与固定目标信号的特点
1、时域特性
发射信号 ut Ut cos1 Ut cos(0t 01) 接收信号 ur Ur cosr Ur cos[0 (t tr ) 01 02 ]
三、动目标显示雷达的工作原理及主要组成
目的：抑制固定目标，提取运动目标信息 原理：利用运动目标和固定目标在频谱上可分离
系统构成：相干振荡器、相干检波器、对消器
分类： 中频全相参（干）动目标显示，（适于主振放大式发射机） 锁相相参动目标显示，（适于自激振荡式发射机，
如末级为磁控管）
1、基本原理框图
一、动目标与固定目标信号的特点
1、时域特性
固定目标
相位差
2 1 02 0tr
回波信号频率
f2
1
2
d2
dt
0 2
f0
运动目标
R R0 vrt
常数 常数
发现目标的起始点
径向运动速度
一、动目标与固定目标信号的特点
1、时域特性 运动目标
2R tr
2(R0 vrt)
c
c
2 0[t 2(R0 vrt) ] 01 02 ]
c
c
2、相关脉冲多普勒雷达（续）
多普勒信息提取方法
通常 如果
1
fd
1
fd
采用多个脉冲提取 fd 采用单个脉冲提取 fd
闪烁（蝴蝶效应）
2、相关脉冲多普勒雷达（续） 盲速
Fd 0 1
fd fr Tr
Fd 检波器得到的频率
盲速：有运动目标，但不呈现“蝴蝶效应”
fd
2vr
nfr
1
vr nfr
2
消除了固定目标，同时引入运动目标的盲速
2、消除固定目标回波
一次对消器的频域分析
x(n 1)
x(n)
Z-1
-
+ y(n)
y(n) x(n) x(n 1) H(z) 1 z1
传递函数
H () Y () 1 e jTr X ()
(1 cosTr ) j sin Tr
H ()
H max
sin
采用最小输出功率准则
P0 0 w
利用Cauchy-Reimann Eq.
wopt
- E{[x(t)x* (t Tr )] E{[x(t Tr )x* (t Tr )]
多级FIR型的AMTI
频谱补偿法滤除运动杂波
频谱搬移
四、盲速、盲相的影响及解决途径
1、盲速 盲速的原因
fd nfr
Fd 检波器得到的频率
H(z) 1 z1 H (z) 1 z1 2
零点： z = 1 极点： z = 0 零点、极点距离远
递归型滤波器的设计（一次对消） 无限脉冲响应（IIR）滤波器 非递归型
递归型
传递函数
H (z) 1 z1
传递函数
递归型滤波器的设计（一次对消） 非递归型
零、极点分布
递归型 零、极点分布
极点趋于零点，频响更平坦，但凹口 会变窄
引起盲相
点盲相：相邻时刻的检波器的输出相等，从而使对消器的输出为零 连续盲相：若干重复周期连续出现丢失动目标回波
点盲相
投影
连续盲相
强杂波背景下
限幅作用使合成矢量近似为常数
合成矢量的端点 投影区
解决盲相的方法 1）改善相位检波器的特性
如：采用平衡相位检波器
2）中频对消
解决盲相的方法 3）正交双通道
五、MTI雷达的工作质量指标
改善因子
I So / Co Si / Ci
输出的信号杂波功率比 输入的信号杂波功率比
I So / Co G Ci
Si / Ci
Co
对消比（CR）
平均功率增益 杂波衰减（CA）
CR Co Ci
五、MTI雷达的工作质量指标
杂波中的可见度（SCV） 各种因素对改善因子的影响
2
第一盲速、第二盲速、……
2、相关脉冲多普勒雷达（续） 频闪
目标的多普勒频移
提取的 多普勒 频移
Recall: Nyquist采样定理
（相位模糊的概念）
Fd fd
出现频闪的条件
fr 2 fd
频闪：相干检波器输出的脉冲包 络调制频率不等于回波信号的多 普勒频率
高速运动目标时容易出现频闪
2、相关脉冲多普勒雷达（续） 三个概念 闪烁 盲速 频闪 都是由于脉冲工作体制引入的
c
回波信号频率 f2 f0 2vr f0 c
相位差 func(t)
fd
2vr c
f0
1、时域特性 径向速度的概念
vg
二维
o
vt
vg
三维
o
vt
目标静止
vr v sin
平台、目标都运动
vr vg sin vt sin
平台静止、目标运动
vr vt sin cos
90o
vt