MTD雷达中多普勒滤波器组的设计与实现解读.docx

目录中文摘要.1英文摘要.21引言.31.1 研究背景及意义31.2 国内外研究现状4本设计的指导思想和主要工作42动目标检测(MTD)雷达基本原理62.1 多普勒效应63 动目标检测(MTD)雷达的工作原理8动目标显示(MTI)雷达的工作原理8222动目标检测(MTD)雷达的工作原理10MTD多普勒滤波器组的设计133.1.1 加权DFT实现MT［滤波13DFT滤波器分析13窄带滤波器组信号处理的优点153.1.2 FIR实现MTD多普勒滤波器16设计思路17MTD多普勒滤波器组的设计174 MTD/MTI雷达的性能评价指标20MTD雷达中预处理模块设计234.1.1 乒乓操作23乒乓操作的处理流程23乒乓操作的特点23乒乓操作的应用254.2 MTD雷达匹配滤波器的总体结构26MTD雷达中预处理模块设计27多路选择器的设计28计数器的设计30MTD雷达预处理模块设计32总结34谢辞34参考文献35摘要：在高科技战争中，探测敌方的进攻目标（如飞机、导弹、舰艇等）是一个重要问题它实际上是一个解决在密集的杂乱回波中发现感兴趣的目标的问题，即所谓的动目标检测（MTD）本文对MTD雷达技术的核心（多普勒滤波器组）进行了深入的研究和设计。

文章主要分为以下四个部分：首先，本文对研究课题的背景及其意义进行了一个大概的说明其次，对动目标检测（MTD）雷达的基本原理进行了全面而详细的介绍，如MTD勺主要功能，其中，对于与MTD极其相关的动目标显示（MTI）也进行了一个简要的介绍再次，对MTD雷达技术的核心（多普勒滤波器组）进行了设计和分析，文中应用了加权DFT和FIR这两种方法实现MTD滤波，并给出了MTD性能评价指标最后，对MTD滤波器输入数据的存储这一问题用预处理乒乓操作进行了设计，并对仿真结果进行了分析和说明关键词：动目标检测（MTD），动目标显示（MTI），滤波器，乒乓操作，设计Abstract:Inhigh-techwarfare,detectingenemy'soffensivegoals(suchasaircraft,missiles,ships,etc.)isanimportantissue.Infact,itisasolutionabouthowtofoundtheinterestingobjectivesintheintensivemessecho.,theso-calledMovingTargetDetection(MTD).Inthispaper,IspentmuchtimeandmanywordsontheresearchofthecoreofMTDradartechnology--thedesignofDopplerFilterTeam.Thearticleisdividedintofourmainparts:First,Thereisageneraldescriptionaboutthebackgroundofthistopicanditssignificanee.Secondly,thebasicprinciplesoftheMovingTargetDetection(MTD)radararecomprehensiveanddetailedintroduced,suchasthemainfunctionofMTD.Inaddition,theMovingTargetIndication(MTI)whichisExtremelyrelevantwithMTDsalsoconductedabriefintroduction.Thirdly,TherearesomedesignandanalysisthatIdidontheMTDradartechnologycore(DopplerFilterTeam),andthetwoapproaches—DFTandFIRwereapplicatedinachievingMTDfilter.AtthesametimesomeoftheMTDperformaneeevaluationindicatorsweregiven.Finally,howtostoretheinputdataofMTDfilterinthedesignwasdesignedwiththeping-pongoperation,andthesimulationresultswereanalysedanddescribed.Keyword：MovingTargetDetection(MTD),MovingTargetIndication(MTI),Filter,Ping-pongoperation,Design1引言1.1 研究背景及意义雷达是用来发现目标和测量目标的无线电电子系统。

雷达工作的物理基础是物体对电磁波的反射现象雷达的两个主要特征是，它具有远距离探测目标和对目标进行较高精度定位的能力虽然雷达技术主要因军事应用而得到发展，但它也在许多民用领域中得到了应用，比如船舶和飞机的导航就是典型的例子从50年代末以来，由于航空与航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采用雷达作为探测和控制的手段，尤其是在60年代研制的反洲际弹道导弹系统，对雷达提出了高精度、远距离、高分辨率及多目标测量等要求由于解决了一系列的关键性问题，雷达进入蓬勃发展的新阶段，如脉冲压缩技术的采用；单脉冲雷达和相控阵雷达研制的成功；脉冲多卜勒雷达体制的研制成功，使雷达能测量目标的位置和相对运动速度，并具有良好的抑制地物去干扰等的能力；由于雷达中数字电路的广泛应用和计算机与雷达的配合使用，使雷达的结构组成和设计发生了根本性的变化雷达采用这些先进技术后，工作性能大为提高60年代相控阵雷达技术大量用于战术雷达，这期间研制成功的主要相控阵雷达，包括美国陆军的“爱国者”、海军的“宙斯盾”等进入90年代，尽管冷战结束，但局部战争仍然不断，特别是由于海湾战争的刺激，雷达又进入了一个新的发展时期；对雷达观察隐身目标的能力、在反辐射导弹（ARM与电子战（CEW条件下的生存能力和工作有效性提出了更高的要求，对雷达测量目标特征参数和进行目标分类、目标识别有了更强烈的需求。

随着微电子和计算机的高速发展，雷达的技术性能也在迅速提高，在军事上的应用进一步扩大雷达是在不断发展变化的：一方面它综合应用各种新技术、新器件来完善和提高自身的性能，另一方面不断出现的各种新技术的应用，也促使雷达不断的改善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，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为了抵御各种有源和无源干扰，现代雷达采取了各种各样的抗干扰措施，概括起来，可以归纳为时域抗干扰、频域抗干扰和空域抗干扰三个方面雷达信号的频域抗干扰措施主要包括动目标显示（MTT）、动目标检测（MTD）和脉冲多普勒（PD）技术等广义讲，MTD是PD的一种特例，一般认为MTD是一种低重复频率的PD处理但MTD与PD处理的基木原理是相同的现在，MTD处理己成为雷达抗干扰（尤其是抗杂波干扰和箔条干扰）的重要手段，在现代雷达中得到了广泛的应用，发挥着不可替代的作用1.2 国内外研究现状1974年美国麻省理工学院林肯实验室研制出了新型的需达信号频域处理装置一一动目标检测器，为第一代MTD它主要由一个传统的三脉冲MTI对消器级联一个8点FFT构成，这一8点FFT等效为一组相邻有覆盖的窄带滤波器组，它实际上就是用作脉冲串回波相参积累的匹配滤波器。

第二代MTD在70年代末推出，它的主要改进是：其一，在匹配滤波处理后对同一单元不同滤波器频道的输出分别进行自适应门限调整，即分频道CFAF处理；其二，增加了所谓“饱和/干扰”试验电路，用于封锁特别强干扰的对应距离单元的输出；其三，具备了一定的气象估测能力，这主要是ATC需达所要求的更新一代的动目标检测是自适应MTD（AMTD其关键是实时检测杂波的存在，判定杂波强度（如强/中/弱）甚至特性，据此对存储的杂波图进行修正，并自动产生或选择滤波器加权因子，以期在保证对地杂波的高度抑制的前提下，尽量减小对气象（如雨）杂波的灵敏性（低的多普勒旁瓣）,并具有最小的主瓣宽度和最小的信噪比（SNR）损失目前MTC技术己成为雷达数字信号处理机的核心技术伴随着视频数字集成电路，特别是FFTQSP以及PLD硬件的发展，使MTD技术得以在脉冲多普勒（PD）雷达引信信号处理机的硬件上实现，并使引信在1-2ms内完成对背景干扰下动目标的三维探测和对回波更具细节的检测与识别成为可能，这大大提高了系统的信噪比和信干比1.3 本设计的指导思想和主要工作本文对MTD勺核心技术（多普勒滤波器组）进行了设计，多普勒滤波器组的设计首先要解决的问题是滤波器的设计，而滤波器的设计方法多种多样，其中最常用的方法有三种：窗函数设计法、频率抽样设计法和切比雪夫加权设计法。

本文在设计滤波器时应用了窗函数法，选择了相对理想的窗口（汉明窗），从仿真出来的结果看，还很理想，其旁瓣较低，主瓣宽度也比较窄各个滤波器设计好之后，接下来就是对各个滤波器进行加权处理，实现多普勒滤波器组实验结果表明，所设计的多普勒滤波器组，具有滤波精度高、处理速度快、可编程特性好的特点多普勒滤波器组的实现另一个比较核心的问题是滤波器输入数据的存储，由于MTD雷达原理的别样性，文中采用了预处理乒乓操作对MTD滤波器输入数据进行存储由于预处理乒乓操作通过“输入数据选择单元”和“输出数据选择单元”按节拍、相互配合的切换，所以经过缓冲的数据流没有停顿地送到“数据流运算处理模块”进行运算与处理这样不仅节省了很多等待的时间，而且也节约了缓冲区空间在对MTD预处理模块设计时，设计一个具有控制功能的多路选择器和计数器是本课题的关键，所以这两个小模块的设计是MT［预处理模块设计中心问题2动目标检测(MTD)雷达基本原理雷达要探测的目标，通常是运动着的物体，例如空中的飞机、导弹，海上的舰艇，地面的车辆等但在目标的周围经常存在着各种背景，例如各种地物、云雨、海浪及敌人施放的金属丝干扰等这些背景可能是完全不动的，如山和建筑物，也可以是缓慢运动的，如有风时的海浪和金属丝干扰，一般来说，其运动速度远小于目标。

这些背景所产生的回波称为杂波或无源干扰当杂波和运动目标回波在雷达显示器上同时显示时，会使目标的观察变得很困难如果目标处在杂波背景内，弱的目标湮没在强杂波中，特别是当强杂波使接受系统产生过载时，发现目标十分困难目标不在杂波背景内时，要在成片杂波中很快分辨出运动目标回波也不容易如果雷达终端采用自动检测和数据处理系统，则由于大量杂波的存在，将引起终端过载或者不必要地增大系统的容量和复杂性因此，无论从抗干扰或改善雷达工作质量的观点来看，选择运动目标回波而抑制固定杂波背景都是一个很重要的问题区分运动目标和固定杂波的基础是它们在速度上的差别由于运动速度不同而引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，这就可以从频移上区分不同速度目标的回波在动目标显示(MTI)和动目标检测(MTD)雷达中使用了各种滤波器，滤去固定杂波而取出运动目标的回波，从而大大改善了在杂波背景下检测运动目标的能力，并且提高了雷达的抗干扰能力2.1 多普勒效应在阐述MTDT达原理之前，我们先来看一下多普勒效应这一概念多普勒效应是指当发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收到的信号频率将发生变化这一物理现象首先在声学上由物理学家克里斯顿•多普勒于1842年发现的。

1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围雷达应用日益广泛及对其性能要求更加提高，推动了利用多普勒效应来改善雷达工作质量的进程下面研究当雷达与目标有相对运动时，雷达站接收信号的特征为方便计，设目标为理想“点”目标，即目标尺寸远小于雷。