雷达信号处理中动目标检测的研究

赵 寅, 周新志

(四川大学 电子信息学院, 四川 成都 610064)

0 引言

动目标检测是目标检测技术的一个重要内容，是一种雷达信号的频域抗干扰措施,是考虑一个连续的图象序列，将图象中运动的目标分割出来，以供进一步的分析处理。运动特征是机动目标的一个显著的固有属性。在现代战争环境下，大多数武器系统（如导弹、飞机、坦克、汽车、舰船）属机动目标，若能利用运动特征快速准确地检测，分割出这些目标，无疑将在很大程度上提高武器系统的性能，进而掌握战争的主动权。常用的雷达信号动目标检测方法有：多视子图像对的单通道合成孔径雷达动目标检测方法[1]、基于分数阶相关的雷达动目标检测方法、基于SAR回波数据的运动目标检测方法以及数字处理技术的动目标检测方法等。

1 MTD基本原理及滤波器设计

理想的滤波器应是准确“截获”目标回波频谱的窄带滤波器。然而，目标的多普勒频率不可预知。所以，需要设计一组窄带滤波器组，覆盖整个频率的范围，这样才可以达到动目标检测的目的，核心是相当于对各个通道实施相参积累[2]。

相参积累可表示为：

式中，Tr为雷达重复周期，N为积累的脉冲数，wl是加权系数。如果对每次回波，加权系数是按如下规律变换：以e为底且以-j2πlk/N为幂的指数形式,l表示第l个系数输出。每一个k值对应不同的加权值，这就是MTD处理。

脉冲响应函数为:

频率响应函数为:

当目标固定不动时，回波与发射信号之间有固定相位差，它是电磁波在雷达与目标之间传播产生的滞后相位[3]。

窄带多普勒滤波器组实现的方法有两种：一种是在时域采用FTR滤波器组实现，一种是利用DFT或者FFT在频域实现滤波器组。

每一个k值决定一个独立的滤波器响应，全部的滤波器响应覆盖了从零到重复频率的范围，由于信号的取样性质，其余的频带按同样的响应周期覆盖，因而在频率上产生模糊。每个滤波器的取样相同，只滤波器的中心频率偏移了1/NT。

（1）DFT实现MTD滤波

具有N个输出的横向滤波器，经过N个重复周期的不同加权并求和后，即可实现N个相邻的窄带滤波器组。由于DFT是一种特殊的横向滤波器，加权因子按DFT定义，并采用DFT的快速算法FFT，即可实现基于FFT的MTD滤波。采用FFT滤波可提高算法效率，且从降低各个多普勒滤波副瓣的角度考虑，在进行FFT运算前先加权处理。

（2）FIR实现MTD滤波

一般雷达的窄带滤波器数目只需几个或十几个。在MTD中，直接采用相乘累加运算即可[4]。

利用这里提出的算法思想，在 MATLAB[5-6]上编程而予以实现的步骤是：产生雷达回波--采用FFT法进行MTD处理--采用FIR法进行MTD处理。

2 实验结果及分析

图1为雷达回波信号。利用两种方法进行的MTD处理，文中分别用FFT和FIR对产生的回波信号进行处理。可得出两组结果，结果如图2、图3(注:图中选用8个距离通道，每个处理周期内进行FFT的次数是8次)。

对经过正交检波的信号进行多普勒滤波处理时，杂波数据不仅从各个滤波器的主瓣进入，而且未加权的滤波器由于其副瓣值较高，副瓣的位置又处于强杂波处，这时由副瓣进入的杂波将明显地降低MTD的改善因子：

①在窄带滤波器组前先进行 MTI三脉冲对消（二次对消），将杂波的主要部分滤去，这样可以减少窄带滤波器组所需要的动态范围，通过副瓣进入的杂波明显减少，各个滤波器的改善因子会提高；

②采用加权快速傅里叶变换（FFT）或分频道有限冲激响应滤波器（FIR）设计，对各个滤波器进行加权处理，降低各个滤波器的副瓣，以此提高改善因子。

采用加权的方法改善 MTD的改善因子，可以使系统结构简化，而且可以充分利用目前较为成熟的数字信号处理技术，提高MTD系统性能[7-8]。

图1 雷达回波信号(横坐标×10-4)

图2 FFT(多普勒滤波器组:横坐标×10-5)

图3 FIR(多普勒滤波器组:横坐标×10-5)

[1] 曲秀凤，种劲松，吴秀清，等.海洋雨团的全极化SAR回波信号仿真研究[J].通信技术，2010,43(02)：31.

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[3] 林澄清,赵修斌.廖赣兵,等.某型雷达中频数字化仿真[J].通信技术，2010,43(02)：102.

[4] 贺坤，罗丰，王炜，等.MTD雷达中滤波器组的设计和实现[J].火控雷达技术，2006(03)：125-130.

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[8] NAMIAS V.The Fractional Fourier Transform and Its Application in Quantum Mechanic[J].Inst Maths Application，1980，25(01)：241-265.