雷达原理笔记之动目标检测及测速技术
——南京理工大学许志勇老师的《雷达原理课程》浅析
文章目录
- 雷达原理笔记之动目标检测及测速技术
- 1.杂波对消处理
- 1.1任务
- 1.2一次杂波对消器:
- 1.3二次杂波对消器
- 2多普勒滤波器组处理
- 2.1窄带多普勒滤波器组实现
- 3.附录
- 3.1一次相消器图片matlab代码
- 3.2二次相消器图片matlab代码
- 3.3二次相消器图片(静止、运动杂波)matlab代码
- 3.4多普勒滤波器组频响matlab代码
动目标检测技术主要包括MTI杂波对消处理以及MTD窄带多普勒滤波组滤波处理。本文主要介绍这两个方面的实现原理及过程。
1.杂波对消处理
雷达检测目标常常是在强杂波背景中进行,信杂比非常小。这对目标探测很不利。考虑到杂波频谱通常比较稳定,大多在零多普勒附近,由此引出消除固定、低俗杂波的滤波器——杂波对消器。
1.1任务
- 抑制固定杂波以及低速杂波,进而提取运动目标信息。
1.2一次杂波对消器:
y[n]=x[n]?αx[n?1]
滤波器频率特性:
H(z)=1?αz?1
其中
α通常取接近1但小于1的常数。目的是保证尽可能多地滤除杂波的同时,处在零多普勒点的运动目标不被抑制完全。对比见下图:
1.3二次杂波对消器
y[n]=x[n]?αx[n?1]+x[n?2]
滤波器频率特性:
H(z)=1?αz?1+z?2
其中
α通常取接近2但小于2的常数。目的同样是在保证尽可能多地滤除杂波的同时,处在零多普勒点的运动目标不被抑制完全。对比见下图:
二次杂波对消器是工程中应用最多的杂波处理滤波器。对于低速的杂波消除,频响特性可以向右平移一定的区间,平移的量是杂波运动速度对应的多普勒频移。因此对于低速运动杂波对消的滤波特性为:
H(z)=1?αejβz?1+ej2βz?2
其中
β为杂波速度对应的多普勒频移。
利用二次杂波对消器处理杂波时,选取相参积累脉冲个数为
K=2N+2。
2多普勒滤波器组处理
一般,将MTI处理后输出的信号进行MTD处理,即窄带滤波处理,得到运动目标的速度信息。
2.1窄带多普勒滤波器组实现
利用有N个输出的横向滤波器,经过各脉冲的加权求和实现。
每根延时线延迟时间
T=1/PRF。每个窄带滤波器输出的频率响应为:
Hk?(f)=e?j2πfti=1∑N?e?j2π(i?1)[fT?k/N]
频响幅度为:
∣Hk?(f)∣=sin[π(fT?k/N)]sin[πN(fT?k/N)]?
上图所示的多普勒滤波器组,对应的发射信号脉冲重复频率为10kHz。其覆盖整个多普勒频谱周期
[?5000Hz,5000Hz]。这个周期称作是多普勒滤波器组的主周期。此滤波器组长度N=8。每个窄带滤波器中心频率满足:
f=5000k/N(Hz)(N=8,k=?4,?3,…4)
若某运动目标的频谱出现在其中一个滤波器中,则该滤波器的中心频率对应的频率即为运动目标
fd?的估值。
当然,N取值越大对应的滤波器组间隔越小,运动目标的
fd?的估值越接近真实值。
利用多普勒滤波器组实现相参积累,可以将白噪声背景中信号的信噪比提高N倍。
3.附录
3.1一次相消器图片matlab代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | clc close all clearvars a=0.8; T=1e-4;%发射信号周期 f=-1/T:10:1/T;%频率轴 w=2*pi*f;%角频率 z=exp(1j*w*T);%映射到z轴 H=1-a*z.^(-1);%滤波器传输函数表达式(针对静止杂波) figure subplot(1,2,1) plot(f,(abs(H)),'r-','LineWidth',2); title('\alpha=0.8') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') subplot(1,2,2) a=1; H=1-a*z.^(-1);%滤波器传输函数表达式(针对运动杂波) plot(f,(abs(H)),'r-','LineWidth',2); title('\alpha=1') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') suptitle('一次相消器幅度-频率响应曲线') |
3.2二次相消器图片matlab代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | clc close all clearvars a=1.8; T=1e-4;%发射信号周期 f=-1/T:10:1/T;%频率轴 w=2*pi*f;%角频率 z=exp(1j*w*T);%映射到z轴 H=1-a*z.^(-1)+z.^(-2);%滤波器传输函数表达式(针对静止杂波) figure subplot(1,2,1) plot(f,(abs(H)),'b-','LineWidth',2); title('\alpha=1.8') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') subplot(1,2,2) a=2; H=1-a*z.^(-1)+z.^(-2);%滤波器传输函数表达式(针对运动杂波) plot(f,(abs(H)),'b-','LineWidth',2); title('\alpha=2') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') suptitle('二次相消器幅度-频率响应曲线') |
3.3二次相消器图片(静止、运动杂波)matlab代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | clc close all clearvars k=1.7; T=1e-4;%发射信号周期 f=-1/T:10:1/T;%频率轴 w=2*pi*f;%角频率 z=exp(1j*w*T);%映射到z轴 H=1-k*z.^(-1)+z.^(-2);%滤波器传输函数表达式(针对静止杂波) figure subplot(1,2,1) plot(f,(abs(H)),'c-','LineWidth',2); title('针对静止杂波') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') subplot(1,2,2) b=0.2*1/T;%平移量0.2倍的频谱周期 z1=exp(-1j*b)*z;%加上平移 H=1-k*z1.^(-1)+z1.^(-2);%滤波器传输函数表达式(针对运动杂波) plot(f,(abs(H)),'c-','LineWidth',2); title('针对运动杂波') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') suptitle('二次相消器幅度-频率响应曲线') |
3.4多普勒滤波器组频响matlab代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | clc close all clearvars N=8; T=1e-4;%发射信号周期 f=-0.5/T:10:0.5/T;%频率轴 for k=0:N-1 H=(sin(pi*N*(f*T-k/N)))./(sin(pi*(f*T-k/N)));%滤波器传输函数表达式(针对静止杂波) plot(f,abs(H),'g-','LineWidth',2); hold on end title('窄带多普勒滤波器组') xlabel('f/Hz') ylabel('|H(f)|') |