基于Labview的雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)仿真

3 動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)
MTI(運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯示)的本質(zhì)含義：基于回波多譜勒信息的提取而區(qū)分為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和固定目標(biāo)。當(dāng)固定目標(biāo)、地雜波與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)處于同一距離單元時(shí)，前者的回波通常比較強(qiáng)，以至于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波被“淹沒(méi)”其中，故必須設(shè)法區(qū)分二者。因固定目標(biāo)回波中的多譜勒頻率為零，慢速運(yùn)動(dòng)的雜波中所含的多譜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(hào)的相位將不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間作緩慢變化，反映在幅度上則為其幅度不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間作緩慢變化。相反，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波經(jīng)相位檢波后，因其相位隨時(shí)間變化較大，反映在幅度上則為其幅度隨時(shí)間變化較快。因此，若將同一距離單元在相鄰重復(fù)周期內(nèi)的相檢輸出作相減運(yùn)算，則固定目標(biāo)回波將被完全對(duì)消，慢速雜波也將得到很大程度衰減，只有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)得以保留。顯然這樣便可將固定目標(biāo)、慢速雜波與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)別開(kāi)來(lái)。這就是MTI對(duì)消的基本原理。
3．1 雙脈沖對(duì)消
雙脈沖對(duì)消又稱(chēng)一次對(duì)消，其對(duì)消公式y(tǒng)(n)=x(n)-kx(n-1)求Z變換則得y(Z)=X(Z)-KZ-1X(Z)，由此得到數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)，將Z=exp(jΩTr)代入數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)得頻率響應(yīng)為

3．2 三脈沖對(duì)消
三脈沖對(duì)消又稱(chēng)二次對(duì)消，其對(duì)消公式為：y(n)=x(n)-kx(n-1)+x(n-2)，對(duì)其求Z變換則得：Y(Z)=(Z)-KZ-1(Z)+Z-2X(Z)。由此可得到數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)為H(Z)=l-KZ-1+Z-2，將Z=exp(jΩTr)代入得頻率響應(yīng)

3．3 盲速處理
當(dāng)fdTr=n(n=0，1，2，…)時(shí)，對(duì)消器輸出為零，即當(dāng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在對(duì)消器輸出端無(wú)信號(hào)輸出。這里當(dāng)n=0即fd=O時(shí)，對(duì)應(yīng)的固定目標(biāo)無(wú)輸出，這是所希望的。與此同時(shí)徑向速度為零的動(dòng)目標(biāo)回波也會(huì)被抑制，這是不可避免的。但在n=1，2，3…時(shí)，具有這些多譜勒頻率()的目標(biāo)，在對(duì)消器輸出端也沒(méi)有輸出，因此稱(chēng)對(duì)應(yīng)這些多譜勒頻率的目標(biāo)徑向運(yùn)動(dòng)速度為盲速，記為vro，即?？梢?jiàn)盲速是目標(biāo)在一個(gè)重復(fù)周期的位移恰好等于λ／2(或其整數(shù)倍)的速度。這時(shí)相鄰周期重復(fù)周期的回波初相位差△φs。是2π(或其整數(shù)倍)，所以從MTI雷達(dá)相位檢波器輸出的視頻脈沖幅度相等，故對(duì)消后△u=0。

4 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)
MTD與MTI雖同屬雷達(dá)信號(hào)的頻域處理范疇，但一般意義上說(shuō)，MTD是MTI的改進(jìn)或更有效的頻域處理技術(shù)。實(shí)質(zhì)上，MTD的核心就是線(xiàn)性DMTI加窄帶多普勒濾波器組。實(shí)際情況中，多普勒頻移不能預(yù)知，因此需要采用一組相鄰且部分重疊的濾波器組，覆蓋整個(gè)多普勒頻率范圍，這就是窄帶多普勒濾波器組。
多普勒濾波器的實(shí)現(xiàn)方法：具有N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器(N個(gè)脈沖和N-l根延遲線(xiàn))，經(jīng)過(guò)個(gè)脈沖不同的加權(quán)并求和后，可以做成N個(gè)相鄰的窄帶濾波器組。該濾波器組的范圍為0～fr，fr為雷達(dá)工作頻率。橫向?yàn)V波器有N-1根延遲線(xiàn)，每根延遲線(xiàn)的延遲時(shí)間為。設(shè)加在N個(gè)輸出端頭的加權(quán)值為

式中，i表示第i個(gè)抽頭；k表示0～(N-1)的標(biāo)記，每個(gè)k值對(duì)應(yīng)不同的加權(quán)值，相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的多普勒濾波器響應(yīng)。由k表示的N個(gè)濾波器組成濾波器組，可寫(xiě)出橫向?yàn)V波器按上式加權(quán)時(shí)的脈沖響應(yīng)為：

脈沖響應(yīng)的傅里葉變換就是頻率響應(yīng)函數(shù)：

濾波器振幅特性是頻率響應(yīng)取幅值。即

濾波器的峰值產(chǎn)生于sin[π(fT-k／N)]=0或者π(fT-k／N)=0，π，2π，…；當(dāng)k=0時(shí)，濾波器峰值位置為f=0，1／T，2／T，…，即該濾波器的中心位置在零頻率以及重復(fù)頻率的整數(shù)倍，這個(gè)濾波器通過(guò)沒(méi)有多普勒頻移的雜波，因此對(duì)地雜波沒(méi)有抑制能力。然而，它的輸出在某些MTI雷達(dá)中可以作提供雜波地圖之用。這個(gè)濾波器的第1個(gè)零點(diǎn)是當(dāng)上式分子第1次取零值時(shí)，或f=1／(NT)。在第1對(duì)零點(diǎn)之間的頻帶寬度為f=2／(NT)，而半功率帶寬近似為0．9／(NT)。

5 數(shù)據(jù)仿真
根據(jù)上述提供的等幅線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)模型和巴克碼序列，利用Labview軟件產(chǎn)生相應(yīng)的等幅線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，三相編碼，五相編碼，七相編碼信號(hào)。根據(jù)MTI和MTD原理，對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行處理。從圖1的仿真結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)MTI處理后，一些固定雜波(目標(biāo)2，目標(biāo)3，目標(biāo)4)經(jīng)過(guò)脈沖對(duì)消，匹配濾波，盲速處理，幅度明顯減少，淹沒(méi)在噪聲中。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)明顯出現(xiàn)在顯示器上。改善因子是衡量MTI雷達(dá)工作質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，定義為輸出信號(hào)雜波功率比和輸入信號(hào)雜波功率比之比值。經(jīng)過(guò)上述MTD濾波器處理后，目標(biāo)凸現(xiàn)。MTD濾波器組中8個(gè)濾波器對(duì)雜波的改善因子分別是(58．6245，58．8137，58．8260，66．8277，68．0534，59．0719，58．5206，57．8894)。表2給出了在給定發(fā)現(xiàn)概率的情況下，使用MTD濾波器前后系統(tǒng)所需的信噪比，可以看出：對(duì)信噪比的要求有所降低，因此可以更好檢測(cè)目標(biāo)。