(八)MIT公开课雷达系统导论之杂波抑制

发布时间 2023-08-15 08:37:00作者: SymPny

0 写在前面

人字有两笔,一撇写前半生,一捺写后半生,前半生写执着,后半生写释怀;人生,不念过往,不畏将来。

运动目标显示Moving Target Indicator ,MTI)和脉冲多普勒Pulsed Doppler,PD)处理使用多普勒来抑制杂波并增强对运动目标的检测;较小的目标需要更多的杂波抑制。

海军防空场景:

1 内容介绍

MTI显示:将目标从杂波中分离;利用短波形(二脉冲或三脉冲);无目标速度估计。

PD技术:除了消除杂波外,还可以将目标分离到不同的速度范围;提供目标速度的有效估计;使用长波形(许多脉冲,数十到数千个脉冲)。

多普勒频率fd=2V/λf_d=2V/\lambda,S波段 fc=2800MHzf_c = 2800MHzV=40m/s V = 40m/sfd=1kHzf_d=1kHz

杂波谱例子:杂波来自与目标相同的距离/角度单元;杂波RCS可能比感兴趣的目标大得多(>50 dB);特性随地形(陆地/海洋)、天气等而变化。

MTI和PD波形

数据收集:

2 MTI技术

MIT处理:陷口多普勒频谱(Notch out Doppler spectrum)被杂波占据,在其他地方提供宽的多普勒通道;盲目速度出现在脉冲重复频率的倍数。

两脉冲对消:

  • 固定杂波回波:如果从前一个脉冲中减去当前脉冲,则固定杂波回波将被抵消,不会被检测到;
  • 运动目标:由于多普勒频移,运动目标的振幅从一个脉冲到下一个脉冲会发生变化。如果从另一个脉冲中减去一个脉冲,结果将是未消除的残差。

MTI改善因子:在MTI处理后多普勒处的输出信杂比与输入信杂比之比。 I(f_d)=\frac{(signal/clutter)_{out}}{(signal/clutter)_{in}}|_{f_d}\tag{1}

MTI Improvement Factor Examples:三脉冲消除器提供更宽的杂波陷波和更大的杂波衰减。

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;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。

3 PD技术

数据收集:

多普勒处理:在相干积累周期(CPI)内所有脉冲进行相干积累;杂波抑制;将目标分解为不同的速度段,并允许精细目标径向速度估计。

运动目标检测(Moving Target Detector ,MTD):对具有细粒度杂波图的8个或更多脉冲的组进行脉冲多普勒滤波;使用多普勒滤波器组和2个PRF在地面杂波和/或降雨中检测飞机;鸟类和地面交通在后处理中被抑制,使用多普勒速度和第二个细粒度杂波图。

ASR-9 8-Pulse Filter Bank

MTD Performance in Rain

多普勒模糊:脉冲多普勒波形采样目标,采样率=PRF;采样导致PRF倍数的混叠;多普勒频率为PRF整数倍的两个目标无法区分;无模糊速度:V = \lambda f_r /2

距离模糊:当一个脉冲的回波在下一个脉冲之前没有全部接收到时,会出现距离模糊;强大的近距离目标(杂波)可以掩盖微弱的目标。无模糊距离:R = cT_r/2

无模糊距离和多普勒速度:

时间灵敏度控制(Sensitivity Time Control ,STC):有意降低近距离雷达的灵敏度 ;两个“目标”回波具有相同的信噪比;R^{-4}对雷达回波的衰减将导致恒定的信噪比,作为恒定横截面目标的距离函数 ;出现距离模糊,不能使用STC;超出雷达模糊范围的目标将被衰减,因为它们会折叠到近距离。

MTI和脉冲多普勒雷达的分类:

解速度模糊(Velocity Ambiguity Resolution):将停留时间拆分为不同PRF下的多个CPI,扫描到扫描,甚至脉冲到脉冲的变化也是可能的;移动盲速度以确保检测到所有非零速度目标;真正的目标速度是CPI之间出现最佳相关性的地方;选择PRF,使最小公倍数出现在所需的最大无模糊速度之上。

Examples of Airborne Radar:

机载雷达杂波特性:主瓣杂波的多普勒依赖于扫描方向;目标的多普勒依赖于扫描方向与目标方位。下图是一个无距离速度模糊的例子。

机载雷达杂波谱:没有脉冲多普勒模糊的示例。

位移相位中心天线(Displaced Phase Center Antenna, DPCA):如果飞机运动通过天线波束相位中心的运动得到精确补偿,那么就不会因飞机运动而产生杂波扩散,并且可以使用双脉冲消除器来消除杂波。

4 总结讨论

5 参考文献

[1] 百度翻译

[2] MIT 公开课:Introduction to Radar Systems。