MTI在连续波雷达中的应用研究

焦子朋，耿 哲，周思玥

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081;2.河北工业大学，天津 300130;3.重庆邮电大学，重庆 400065)

0 引言

在现代高技术战争条件下，雷达所面临的电磁信号环境越来越复杂，因此雷达在复杂电磁环境下的生存能力便成为衡量雷达性能指标的重要标志。侦察监视雷达探测的目标大部分为运动目标，如舰船、飞机和导弹等，而雷达接收到的无源干扰主要为静止目标或低速杂波，如地杂波、海杂波、气象杂波和箔条干扰等，这些杂波的存在严重影响了雷达对运动目标的检测能力。运动目标和静止目标的差别主要体现在速度上，这一速度差别反映在雷达回波中，它们的多普勒频移不同。这样，在时域上互相混迭的目标回波信号和杂波信号有可能从频域上予以区分［1］。本文在伪码调相连续波体制雷达中采用MTI处理方法实现了对杂波中的动目标检测。

1 MTI基本原理

1.1 脉冲雷达MTI原理

MTI一般应用于脉冲体制雷达中，实现慢速运动(或固定)目标与快速运动目标的区分。当固定目标和地杂波等与运动目标处于同一距离单元时，因固定目标回波中的多普勒频率为零，慢速运动的杂波中所含的多普勒频移也集中在零频附近，它们的回波经相位检波后，输出信号的相位将不随时间变化或随时间做缓慢变化，反映在幅度上则为其幅度不随时间变化或随时间缓慢变化。相反，运动目标回波经相检输出后，因其相位随时间快速变化，反映在幅度上也是其幅度随时间变化较快。因此，若将同一距离单元在相邻重复周期内的相检输出做相减运算，则固定目标回波由于其幅度和相位没有变化而被完全对消，慢速杂波也将得到很大程度的衰减，只有运动目标回波得以保留。显然这样便可将固定目标、慢速杂波与运动目标区别开来［2，3］。

1.2 连续波雷达MTI处理方法

连续波雷达MTI处理方法借鉴脉冲体制雷达的处理方法来实现杂波中的动目标检测。文献［4］提出了一种“多间隔周期的MTI处理”方法，降低了MTI对低速目标回波信号的损耗，其具体实现原理如图1所示。

图1 多间隔周期的三脉冲对消原理

由图1可求得“三脉冲”MTI系统函数为:

其相应的传递函数可表示为:

这里采用伪码调相连续波体制雷达，其中k为MTI处理的多间隔周期数，T为伪码调相连续波雷达等效周期，T=P·τ，P为伪码码长，τ为码宽。不同k值的选取对杂波的处理性能会有不同的影响，同时对不同速度的目标回波衰减效果不同。以下采用伪码调相连续波雷达进行仿真分析，得出动目标检测中不同实际需要时k值的选取方法。

2 仿真与分析

对伪码调相连续波雷达进行仿真，系统仿真参数设定:频率f0=10 GHz，波长λ=3cm，码长P=511，码宽 τ=0.5μs。

由伪码测距及测速的原理可知，其最大不模糊距离及多普勒容限［5］分别为:

由式(3)得Rmax=38325m ，fdmax=1.9569kHz，由fd=2v/λ，得相应的目标径向速度最大值为vmax=105.6726 km/h。

在信号处理流程中是否采用MTI技术或MTI在信号处理流程中位置的不同都可能造成不同的处理结果，以下分别采用3种处理方案对目标回波信号进行处理，如图2所示。

图2 3种信号处理方案

图2(a)对回波信号做相关处理，再对相关后的结果做FFT处理，得到目标的频域结果，并不对回波做MTI处理;图2(b)先对回波信号做相关处理，再将相关后的结果做MTI处理来抑制杂波，最后将MTI对消后的信号做FFT处理变换到频域，得到目标的频域结果;图2(c)先对回波信号做MTI对消处理，抑制掉杂波，再将处理后的结果做相关处理，最后经FFT变换得到动目标的频域结果。

2.1 3种处理方案比较

在SNR=－20 dB、k=1的情况下，设定目标速度为100 km/h，图2所示的3种处理方案的仿真结果如图3所示，通过比较、分析可以得出以下结论:

①图2(b)与图2(c)两种方法的处理结果并无明显差异，所以对回波信号是先做MTI还是后做MTI，对信号的处理结果基本无影响;

② 图2(b)、图2(c)与图2(a)相比，杂波得到了较明显的抑制，经过MTI处理与不经MTI处理，输出结果的信杂比有了较大的改善，从而可以提高对运动目标的检测能力。

图3 3种处理结果对比

2.2 MTI对目标速度影响

MTI对不同速度目标的处理结果会不同。低速目标处理结果如图4所示。

图4 低速目标处理结果

从图4的低速目标(目标速度为20 km/h)处理结果与图3的高速目标(目标速度为100 km/h)处理结果相比，可以看出，MTI处理对低速目标损耗较大，输出的信杂比明显比对高速目标的处理结果低。为实现对低速目标的有效检测，可采用多间隔周期的MTI进行处理。

2.3 不同多间隔周期MTI比较

不同多间隔周期MTI处理对不同速度的目标也会产生不同的效果。由图5可以看出，若采用较小k值，如k=1的单间隔周期MTI，则在对消掉目标杂波的同时，对于低速运动的目标亦存在损耗，但对高速运动的目标却有较好的效果。若采用多间隔周期的MTI的方法，如k≥3时，可减少对低速目标的损耗，实现对杂波中低速目标的有效检测。

图5 多间隔周期MTI处理结果

由于多普勒频率频带较宽，间隔周期k值的选取将直接影响MTI处理的性能。当目标速度较低时，可选择较大的k值，以减少对低速目标的损耗;当目标速度较高时，可选择较小的k值(k=1或k=2)。图5(a)、(b)很直观地反映了这一点。

3 结束语

借鉴脉冲体制雷达中MTI的处理方法，在伪码调相连续波体制雷达中，通过对比采用常规方法、MTI在相关处理之前和之后的3种信号处理方案，得出采用MTI比不采用MTI方案更能有效地检测运动目标，但单间隔周期的MTI对低速运动目标有较大的损耗，可采用多间隔周期以减小对低速目标的损耗，实现对杂波中动目标的有效检测，得到较好的结果。在研究中忽略了盲速的影响，盲速可通过PRF参差或PRF捷变［6］等方法解决。■

［1］李 宏，杨英科，薛冰.雷达信号处理MTI/MTD性能分析与功能测试［J］.计量与测试技术，2003(5):30－34.

［2］承德宝.雷达原理［M］.北京:国防工业出版社，2008.

［3］马志刚.地面雷达中的MTI滤波器设计［J］.科技信息，2011(3):519－536.

［4］李 帅，闫世强，汤子跃.一种伪码调相连续波雷达的杂波抑制方法［J］.空军雷达学院学报，2005，19(4):14－16.

［5］付耀先.相位编码雷达性能与应用研究［D］.南京:南京理工大学，2002.

［6］MAHAFZAB R.雷达系统分析与设计(MATLAB版)(第2版)［M］.罗 群，译.北京:电子工业出版社，2008.