MTI在連續(xù)波雷達中的應用研究

焦子朋，耿 哲，周思玥

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081;2.河北工業(yè)大學，天津 300130;3.重慶郵電大學，重慶 400065)

0 引言

在現(xiàn)代高技術戰(zhàn)爭條件下，雷達所面臨的電磁信號環(huán)境越來越復雜，因此雷達在復雜電磁環(huán)境下的生存能力便成為衡量雷達性能指標的重要標志。偵察監(jiān)視雷達探測的目標大部分為運動目標，如艦船、飛機和導彈等，而雷達接收到的無源干擾主要為靜止目標或低速雜波，如地雜波、海雜波、氣象雜波和箔條干擾等，這些雜波的存在嚴重影響了雷達對運動目標的檢測能力。運動目標和靜止目標的差別主要體現(xiàn)在速度上，這一速度差別反映在雷達回波中，它們的多普勒頻移不同。這樣，在時域上互相混迭的目標回波信號和雜波信號有可能從頻域上予以區(qū)分［1］。本文在偽碼調(diào)相連續(xù)波體制雷達中采用MTI處理方法實現(xiàn)了對雜波中的動目標檢測。

1 MTI基本原理

1.1 脈沖雷達MTI原理

MTI一般應用于脈沖體制雷達中，實現(xiàn)慢速運動(或固定)目標與快速運動目標的區(qū)分。當固定目標和地雜波等與運動目標處于同一距離單元時，因固定目標回波中的多普勒頻率為零，慢速運動的雜波中所含的多普勒頻移也集中在零頻附近，它們的回波經(jīng)相位檢波后，輸出信號的相位將不隨時間變化或隨時間做緩慢變化，反映在幅度上則為其幅度不隨時間變化或隨時間緩慢變化。相反，運動目標回波經(jīng)相檢輸出后，因其相位隨時間快速變化，反映在幅度上也是其幅度隨時間變化較快。因此，若將同一距離單元在相鄰重復周期內(nèi)的相檢輸出做相減運算，則固定目標回波由于其幅度和相位沒有變化而被完全對消，慢速雜波也將得到很大程度的衰減，只有運動目標回波得以保留。顯然這樣便可將固定目標、慢速雜波與運動目標區(qū)別開來［2，3］。

1.2 連續(xù)波雷達MTI處理方法

連續(xù)波雷達MTI處理方法借鑒脈沖體制雷達的處理方法來實現(xiàn)雜波中的動目標檢測。文獻［4］提出了一種“多間隔周期的MTI處理”方法，降低了MTI對低速目標回波信號的損耗，其具體實現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 多間隔周期的三脈沖對消原理

由圖1可求得“三脈沖”MTI系統(tǒng)函數(shù)為:

其相應的傳遞函數(shù)可表示為:

這里采用偽碼調(diào)相連續(xù)波體制雷達，其中k為MTI處理的多間隔周期數(shù)，T為偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達等效周期，T=P·τ，P為偽碼碼長，τ為碼寬。不同k值的選取對雜波的處理性能會有不同的影響，同時對不同速度的目標回波衰減效果不同。以下采用偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達進行仿真分析，得出動目標檢測中不同實際需要時k值的選取方法。

2 仿真與分析

對偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達進行仿真，系統(tǒng)仿真參數(shù)設定:頻率f0=10 GHz，波長λ=3cm，碼長P=511，碼寬 τ=0.5μs。

由偽碼測距及測速的原理可知，其最大不模糊距離及多普勒容限［5］分別為:

由式(3)得Rmax=38325m ，fdmax=1.9569kHz，由fd=2v/λ，得相應的目標徑向速度最大值為vmax=105.6726 km/h。

在信號處理流程中是否采用MTI技術或MTI在信號處理流程中位置的不同都可能造成不同的處理結果，以下分別采用3種處理方案對目標回波信號進行處理，如圖2所示。

圖2 3種信號處理方案

圖2(a)對回波信號做相關處理，再對相關后的結果做FFT處理，得到目標的頻域結果，并不對回波做MTI處理;圖2(b)先對回波信號做相關處理，再將相關后的結果做MTI處理來抑制雜波，最后將MTI對消后的信號做FFT處理變換到頻域，得到目標的頻域結果;圖2(c)先對回波信號做MTI對消處理，抑制掉雜波，再將處理后的結果做相關處理，最后經(jīng)FFT變換得到動目標的頻域結果。

2.1 3種處理方案比較

在SNR=－20 dB、k=1的情況下，設定目標速度為100 km/h，圖2所示的3種處理方案的仿真結果如圖3所示，通過比較、分析可以得出以下結論:

①圖2(b)與圖2(c)兩種方法的處理結果并無明顯差異，所以對回波信號是先做MTI還是后做MTI，對信號的處理結果基本無影響;

② 圖2(b)、圖2(c)與圖2(a)相比，雜波得到了較明顯的抑制，經(jīng)過MTI處理與不經(jīng)MTI處理，輸出結果的信雜比有了較大的改善，從而可以提高對運動目標的檢測能力。

圖3 3種處理結果對比

2.2 MTI對目標速度影響

MTI對不同速度目標的處理結果會不同。低速目標處理結果如圖4所示。

圖4 低速目標處理結果

從圖4的低速目標(目標速度為20 km/h)處理結果與圖3的高速目標(目標速度為100 km/h)處理結果相比，可以看出，MTI處理對低速目標損耗較大，輸出的信雜比明顯比對高速目標的處理結果低。為實現(xiàn)對低速目標的有效檢測，可采用多間隔周期的MTI進行處理。

2.3 不同多間隔周期MTI比較

不同多間隔周期MTI處理對不同速度的目標也會產(chǎn)生不同的效果。由圖5可以看出，若采用較小k值，如k=1的單間隔周期MTI，則在對消掉目標雜波的同時，對于低速運動的目標亦存在損耗，但對高速運動的目標卻有較好的效果。若采用多間隔周期的MTI的方法，如k≥3時，可減少對低速目標的損耗，實現(xiàn)對雜波中低速目標的有效檢測。

圖5 多間隔周期MTI處理結果

由于多普勒頻率頻帶較寬，間隔周期k值的選取將直接影響MTI處理的性能。當目標速度較低時，可選擇較大的k值，以減少對低速目標的損耗;當目標速度較高時，可選擇較小的k值(k=1或k=2)。圖5(a)、(b)很直觀地反映了這一點。

3 結束語

借鑒脈沖體制雷達中MTI的處理方法，在偽碼調(diào)相連續(xù)波體制雷達中，通過對比采用常規(guī)方法、MTI在相關處理之前和之后的3種信號處理方案，得出采用MTI比不采用MTI方案更能有效地檢測運動目標，但單間隔周期的MTI對低速運動目標有較大的損耗，可采用多間隔周期以減小對低速目標的損耗，實現(xiàn)對雜波中動目標的有效檢測，得到較好的結果。在研究中忽略了盲速的影響，盲速可通過PRF參差或PRF捷變［6］等方法解決。■

［1］李 宏，楊英科，薛冰.雷達信號處理MTI/MTD性能分析與功能測試［J］.計量與測試技術，2003(5):30－34.

［2］承德寶.雷達原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2008.

［3］馬志剛.地面雷達中的MTI濾波器設計［J］.科技信息，2011(3):519－536.

［4］李 帥，閆世強，湯子躍.一種偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達的雜波抑制方法［J］.空軍雷達學院學報，2005，19(4):14－16.

［5］付耀先.相位編碼雷達性能與應用研究［D］.南京:南京理工大學，2002.

［6］MAHAFZAB R.雷達系統(tǒng)分析與設計(MATLAB版)(第2版)［M］.羅 群，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2008.