MTI动目标显示雷达
经典雷达资料-第16章 机载动目标显示(AMTI)雷达-1
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达FRED M. STAUDAHER16.1 采用AMTI技术的系统机载搜索雷达最初是为远程侦察机探测舰艇研制的。
第二次世界大战后期，美海军研制了几种机载预警（AEW）雷达，用来探测从舰艇雷达天线威力区之下飞近特遣舰队的低空飞机。
在增大对空和对海面目标的最大检测距离方面，机载雷达的优点是显而易见的，只要了解下述情况就很清楚了，高度为100ft的天线桅杆，其雷达视线距离只有12n mile，而与其相比，飞机高度为10 000ft时，雷达视线距离则为123n mile。
神风突击队袭击造成多艘哨舰的损失引起了机载自主探测与控制站的设想，后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界巡逻机。
E—2C航空母舰舰载飞机（如图16.1所示）使用机载预警雷达作为其机载战术数据系统中的主要传感器。
这种雷达的视界很宽，用于检测海杂波和地杂波背景中的小飞机目标。
由于其首要的任务是检测低空飞行的飞机，因此这种雷达就不能靠抬高天线波束的仰角来消除杂波。
AMTI雷达系统就是在这种情况下发展起来的[1]~[3]，与前一章中探讨的地面雷达的MTI 系统相似[1][4]~[6]。
图16.1 带有旋转天线罩的E—2C空中预警机在截击机火炮控制系统中，AMTI雷达系统还可用来捕捉和跟踪目标。
在这种场合中，雷达仅需抑制指定目标附近的杂波。
因此，在目标所处的距离和角度扇形区内可将雷达优化到最佳状态。
MTI系统也可以装在侦察机或战术歼击-轰炸机上用来检测地面运动的车辆。
由于目标速度低，因而采用较高的雷达频率以获得大的多普勒频移。
因为背景杂波通常很强，故这些雷达能够有效地采用非相参MTI技术。
高空、高机动、高速度的环境条件及尺寸、重量、功耗的限制给AMTI雷达设计者带来了一系列的特殊问题。
本章将专门探讨机载条件下如何处理这些特殊问题。
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达·637·16.2 覆盖范围的考虑搜索雷达一般要求有360︒方位角覆盖。
mti原理
mti原理
MTI原理。
MTI原理（Moving Target Indication）是一种用于雷达系统的信号处理技术，
它能够有效地识别和跟踪移动目标。
在雷达系统中，目标通常是通过接收回波信号来识别的，而MTI原理则可以帮助雷达系统区分目标的回波信号和背景杂波，从
而提高目标的识别和跟踪能力。
MTI原理的核心思想是利用目标的运动特性来区分目标和背景杂波。
当目标在
运动时，其回波信号会随着时间而发生频率变化，而背景杂波的回波信号则通常是稳定的。
通过对回波信号的频率变化进行分析，MTI原理可以有效地将目标和背
景杂波进行区分。
为了实现MTI原理，雷达系统通常会采用一些特定的信号处理技术，例如脉
冲多普勒雷达和连续波雷达。
脉冲多普勒雷达通过对回波信号的频率进行变换和分析，可以实现对目标的运动特性进行检测和跟踪；而连续波雷达则通过对回波信号的相位进行变换和分析，实现对目标的速度和方向进行检测和跟踪。
在实际应用中，MTI原理可以帮助雷达系统实现对移动目标的有效监测和跟踪。
例如，在军事领域，MTI原理可以帮助雷达系统及时发现和跟踪敌方飞机、导弹
等移动目标，提高作战的实时性和精准性；在民用领域，MTI原理也可以应用于
航空管制、气象监测等领域，帮助监测和跟踪飞机、气象气球等移动目标，提高监测的准确性和可靠性。
总之，MTI原理作为一种有效的雷达信号处理技术，可以帮助雷达系统实现对
移动目标的识别和跟踪。
通过利用目标的运动特性，MTI原理可以有效地区分目
标和背景杂波，提高雷达系统的监测和跟踪能力，具有广泛的应用前景和重要的实际意义。
几种典型动目标指示雷达系统的参数特性介绍(一)
几种典型动目标指示雷达系统的参数特性介绍（一）作者：覃金海来源：《大东方》2018年第04期摘要：本文基于文献检索，主要对目前的典型MTI系统进行了介绍，分别对AN/PPS系列地面监视雷达、F-SAR系统、JSTARS系统、TanDEM-X的ATI功能进行了研究与总结，介绍了它们的主要原理以及参数特性。
一、AN/PPS系列地面监视雷达是AN/PPS-5是AN/PPS系列地面监视雷达于1950年代推出的第一个型号，它是一种地对地的轻型便携式多普勒脉冲雷达，在越南战争中表现突出，列装于步兵和坦克部队，可以对6km距离的人员或者10km距离的车辆目标进行全天候的探测和运动目标检测。
AN/PPS-5具有视觉成像以及有声成像功能，“计划位置指示器（PPI）”可以进行视觉成像；“有声指示器”则是能够将目标的速度记录下来，然后把速度的数值进行声音应答。
AN/PPS-5还具有两种工作模式，分别是手动扫描模式和自动扇形区域扫描。
并且由于其用于搭载地基平台，雷达系统的密封性能非常好，并且设计十分坚固，能够很好的适应恶劣的地形条件，还可以在集装箱的保护下浸入水中甚至是进行伞降。
该雷达可以安装在悍马车和吉普车等车载平台上使用，也能作为单兵装备直接是携带使用。
在AN/PPS系列中除了AN/PPS-5雷达，较为有名的还有AN/PPS-4、AN/PPS-6以及AN/PPS-15地面监视雷达。
AN/PPS-4的体积较小，高只有约1.2m，AN/PPS-4和AN/PPS-6的探测范围都比AN/PPS-5小，但其他功能比较接近。
AN/PPS-15则是目前已经公布的AN/PPS系列的最后一款地面监视雷达，该雷达制作了A、B两型，自1974年生产、1976年服役后沿用至今，其能够对战场上的车辆、船只以及人员等移动目标进行近距离的探测和定位。
AN/PPS—15可以全天候运转，并且能够适应多种气象和地形条件，能够为步兵侦察任务提供很好的装备、技术保障。
MTI雷达三脉冲可变结构的数字对消器的EDA设计
6.11 MTI雷达三脉冲可变结构的数字对消器的EDA设计6.11.1设计要求已知某低空补盲动目标显示（MTI）雷达的信号处理系统组成结构图如图6-106所示，雷达中频信号经IQ解调放大后输出零中频信号至A／D转换器，数字化后的信号送人FPGA 器件进行运算。
经过可变结构数字式、求模电路、恒虚警处理电路后输出，MTI输出的信号经D／A转换器转换成模拟信号，用于测量对消比和PPI显示器。
三脉冲可变结构对消器可由二脉冲对消器级联构成，它与加权系数为二项式系数的横向FIR滤波器等效。
适当改变这些加权系数，可获得较好的滤波特性。
为了对付两种或两种以上不同速度两种以上不同速度的杂波(如地物和气象杂波)，则要求滤波器具有双凹口和多凹口。
这种情况下，为便于自适应滤波，最好是采用可变结构对消器来分别处理不同速度的杂波，很宽的频率范围内具有良好的抑制地杂波、固定杂波和慢动杂波的能力，而对信号损失较小。
图6-106动目标显示（MTI）雷达的信号处理系统组成结构图设雷达重复频率Fr为=400Hz,在等重复周期条件下有三种结构的多脉冲对消器的脉冲响应y(n)函数为：y(n)=x(n)-2x(n+1)+x(n+2) （6-15）y(n)=x(n)+x(n+2) （6-16）y(n)=x(n)-(n+2) （6-17）式（6-15）、（6-16）、（6-17）中x(n)表示当前的采样输入信号（8bit最高位为符号位），x(n+1) 表示延迟一个重复周期Fr的采样输入信号，x(n+2) 表示延迟两个重复周期Fr的采样输入信号。
实际应用中式（6-15）为常规二次对消滤波器（三脉冲对消器），该滤波器的频响特性曲线为一单峰滤波曲线，该曲线在低速和盲速附近，缺口较宽，能较好抑制杂波，但是对于无杂波区的回波，正常运动目标也将被抑制，从而加大了雷达的盲速区，而式（6-16）（称之为零速滤波器）、式（6-17）（称之为低速滤波器），可有效补偿常规二次对消滤波器的盲速缺口，扩展了整个雷达系统的速度覆盖范围，提高整机动目标发现能力。
经典雷达资料-第15章 动目标显示(MTI)雷达-5
经过修正的相位噪声谱密度如图15.48所示。
相对于载波，总噪声功率可由曲线下面的噪声功率积分来决定。
每段功率谱密度随频率变化的方程为图15.46 微波振荡器的单边带相位噪声谱密度和有效噪声密度图15.47 基于系统参数对微波振荡器相位噪声的修正（系统参数见书中内容）雷 达 手 册·576·图15.48 组合修正和修正后的相位噪声谱密度⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯=)lg(101110)(f f f p f p 斜率 （15.28）式中，P f 1为在f 1的功率谱密度，单位是W/Hz （为方便起见，载波功率假设为1W ）；“斜率”为该段的斜率，单位是dB/10倍频程；f 1为P f 1处的频率。
对于具有恒定斜率的的每段频谱而言，该方程可以用Vigneri 方法[31]或用带积分功能的计算器（如Hewlett Packard HP-15C ）求积分运算。
表15.3给出这个例子的积分结果。
注意：假设条件是载波功率为1W ，如-149.4dBc/Hz 变成1.148×10-15W/Hz ，则在所有段计算积分功率时，先对它们求和，然后转化为dBc 。
最终结果-66.37dBc 就是由振荡器噪声导致的对改善因子I 的限制。
对I SCR （dB ）的极限是I （dB ）加上目标积累增益（dB ）。
表15.3 用图15.47进行校正的如图15.46所示的相位噪声谱密度积分值发射脉冲的时间抖动会使MTI 系统的性能变坏。
时间抖动会使脉冲的前沿及后沿对消失败，而每一个未被对消的部分的幅度为∆t /τ。
这里，∆t 为抖动时间；τ为发射脉冲宽度。
总的剩余功率为2(∆t /τ)2，因此，由于时间抖动对改善因子所产生的限制为)]2/(lg[20t I ∆=τ(dB)。
第15章 动目标显示（MTI ）雷达·577·对改善因子的这种限制是根据非编码发射脉冲并假定接收机带宽与发射脉冲持续时间相匹配得出的。
动目标显示与动目标检测
6.5 动目标显示与动目标检测引言1.目标回波频谱6.5.1 目标回波和杂波的频谱 2.杂波频谱原理递归传统非递归6.5.2 MTI滤波器零点分配算法滤波器设计优化预测误差算法结语原理MTI+FFT6.5.3 MTD滤波器滤波器设计点最佳等间隔最佳结语6.5.4 改善因子分析MTIMTD6.5 动目标显示与动目标检测雷达探测的运动目标如飞机，导弹，舰艇，车辆等周围存在各种背景，包括不动的地物和运动着的云雨，海浪或金属丝干扰等。
动目标显示（Moving Target Indicator :MTI ）与动目标检测（Moving Target Detection: MTD ）就是使用各种滤波器，滤去这些背景产生的杂波而取出运动目标的回波。
此外也可以通过把雷达安装在山上、增加雷达天线的倾角、安装防杂波网来阻止杂波进入天线；或通过调整雷达天线的波束形式、采用极化技术、降低雷达的分辨单元、在时域采用CFAR 检测、自适应门限、杂波图来抑制杂波。
在频域上应用MTI 与MTD 技术可以提高信杂比，改善杂波背景下检测运动目标的能力。
本节首先分析目标回波和杂波的频谱特性；然后分别讨论MTI 与MTD 原理及滤波器设计方法；最后分析MTI 与MTD 对改善因子的提高。
6.5.1 目标回波和杂波的频谱运动目标回波和杂波在频谱结构上有所差别，运动目标检测就是利用这种差别，从频率上将它们区分，以达到抑制杂波而显示目标回波的目的。
为此，应首先弄清楚目标和杂波的回波的特性。
(1) 目标回波的频谱雷达发射相参脉冲串，其脉冲宽度为e T ，脉冲重复频率为r f 。
当天线不扫描而对准目标时，所得脉冲为无限脉冲串。
调制信号)(1t u 及其频谱)(1f U 分别为∑∞-∞=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=n e rTnT t rect A t u )(1 (6.5.1)∑∞-∞=-=n r e e r e f n f T f T f T AT f U )()sin()(1δππ (6.5.2)A 为信号振幅。
MTI和MTD解读
Wik e
j[ 2ik / N ]
，i 0,1,2...N 1
i表示第几个滤波器的抽头，k表示从0到N-1的标记，每一个k值对应一组 不同的加权值，即对应于不同的多普勒滤波器，每一个k值决定了一个独 立的滤波器的响应。
窄带滤波器组的每个抽头有N个输出，并且对应N个加权值，输入信号x(i) 与滤波器组Y(k)关系为
FFT实现
FFT将N个脉冲分成N个频段（对应N个窄带滤波器）做FFT运算，每个 频段分别积累N个脉冲时长的数据，每个点的运算相当于是一个带通滤 波器，每个滤波器都有一定的副瓣，可考虑使用窗函数加权抑制杂波。
但FFT滤波器在零频和脉冲重复频率整数倍处没有凹陷，所以无 法抑制静态杂波，需要考虑其他方式帮助解决。可以考虑添加MTI对消 器，或者将静态杂波对应的滤波器通道的输出去除。 此外，FFT需要回波脉冲串个数为2的整数次幂，同时如果想要 达到比较高的检测精度，FFT变换的点数不能太少，也就是需要更多的 回波脉冲串。但是在实际情况中，雷达的回波脉冲串个数是受多方面影 响，不可能随意变更的。这会使FFT滤波器组的应用受到一定的限制。
h1 (t ) (t ) (t T )
傅里叶变换为 H1 (w) 1 e jwt，w 2f
功率增益为 H1 ( w) H1 ( w) (1 e jwT )(1 e jwT )
* 2(1 cos wT Nhomakorabea) 4 sin 2 (
wT ) 2
双延迟线对消器：
零号滤波器，也就是K=0的滤波器，其通带中心位置分别是0,1/T,2/T.... 即零频和雷达重复频率的整数倍处，以雷达脉冲重复周期为周期，通带 正是静态杂波的频谱集中的位置，所以可以把此滤波器的输出看成是静 态杂波的输出。同理，K=n时的滤波器，其通带中心分别位于 n/NT,n/NT+1/T,n/NT+1/T....。 一般情况下，不同的滤波器对信噪比的改善不相同，如果几个滤波器的 通带靠近杂波频率谱的中心位置，那么他们的改善就相对差一些。因此， 如果杂波谱比较集中，采用MTD窄带滤波器可以得到较好的滤波性能。 但是，如果杂波的频谱分布比较宽，那么与MTI相比，窄带滤波器的改 善也就没那么明显。 此外，窄带滤波器对滤除低速运动杂波也有优势。因为低速目标杂波可 能只出现在滤波器组的某一个滤波器中，根据实际情况，如果此滤波器 频带内的噪声和杂波较强，则可适当提高此滤波器的门限电压，这样可 以很好的减小低速杂波的影响，同时又不影响其他滤波器的输出。
MIMO雷达的MTI处理及性能分析
MIMO雷达的MTI处理及性能分析MIMO(多输入多输出)雷达的MTI(移动目标指示)处理是利用MIMO雷达系统的多通道接收信号，在时域上实现目标速度信息的提取与处理。
MTI处理是雷达系统中常用的一种信号处理技术，主要用于探测和追踪移动目标。
MIMO雷达系统在传统雷达系统的基础上增加了多个发射和接收天线，可以提供更高的波束形成能力和灵敏度，从而可以更好地满足对目标的探测和跟踪要求。
在MTI处理中，MIMO雷达系统通过对多通道接收信号进行时延和相位差分处理，可以提取出目标的速度信息。
MTI处理主要包括以下几个步骤：1.零多普勒频移：利用多通道接收信号的相位差分，对雷达回波信号进行零多普勒频移。
这可以去除地物回波信号的零频偏移，突出移动目标信号。
2.时域滤波：对零多普勒频移后的信号进行时域滤波处理，以去除不感兴趣的杂波干扰。
常用的时域滤波方法包括矩形窗滤波、哈希窗滤波等。
3.目标检测：对滤波后的信号进行目标检测，以确定目标的存在与位置。
4.目标速度估计：利用多通道接收信号的相位差分，可以提取出目标的相对速度信息。
通过测量不同通道的相位差分，可以估计出目标的速度值。
MIMO雷达的MTI处理可以提供更准确和可靠的目标速度信息，有助于实现对多种目标的高效探测和追踪。
MIMO雷达系统的多通道接收可以提供更多的信息，增强相位差分的可观测性。
同时，MIMO雷达系统的波束形成能力和灵敏度也得到了提高，可以更好地抑制非移动目标干扰。
性能分析方面，主要从以下几个方面进行评估：1.目标探测概率：指MIMO雷达系统对目标的探测能力。
通过统计分析目标存在时系统的虚警概率和正确检测概率，可以评估系统的目标探测性能。
2.距离测量精度：指MIMO雷达系统对目标距离的测量精度。
通过统计分析目标距离的测量误差，可以评估系统的距离测量性能。
3.速度测量精度：指MIMO雷达系统对目标速度的测量精度。
通过统计分析目标速度的测量误差，可以评估系统的速度测量性能。
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样，取样后的波形和频谱均将发生变化。
动目标显示雷达的工作原理及主要组成
当用多普勒效应来鉴别运动目标回波和固定目标回波时， 与普通脉冲雷 达的差别是必须在相位检波器的输入端加上基准电压（或称相参电压） ，该 电压应和发射信号频率相参并保存发射信号的初相， 且在整个接收信号期间 连续存在。 工程上，基准电压的频率常选在中频（相位检波器的相位基准） 。各种 回波信号均与基准电压比较相位。从相位检波器输出的视频脉冲，有固定目 标的等幅脉冲串和运动目标的调幅脉冲串。通常在送到终端（显示器或数据 处理系统）去之前要将固定杂波消去，故要采用相消设备或杂波滤波器，滤 去杂波干扰而保存运动目标信息。 下面着重讨论相参电压的获取和固定杂波 消除这两个特殊问题。
脉冲工作状态时的多普勒效应 盲速和频闪
盲速：是指目标虽然有一定的径向速度������������ ，但若其回波信号经过相位检 波器后，输出为一串等幅脉冲，与固定目标的回波相同，此时的运动速度称 为盲速。 （������������ 等于脉冲重复频率������������ 的整数倍） 频闪： 频闪效应是指当脉冲工作状态时，相位检波器输出端回波脉冲信 号的包络调制频率������������ ，与目标运动的径向速度������������ 不再保持正比关系。此时如 用包络调制频率测速时将产生测速模糊。 （即������������ 超过重复频率������������ 的一半） 产生盲速和频闪效应的基本原因在于， 脉冲工作状态是对连续发射的取
2.消除固定目标回波
在相位检波器输出端， 固定目标的回波是一串振幅不变的脉冲，而运动 目标的回波是一串振幅调制的脉冲。将它们加到偏转调制显示器上，固定目 标的回波是振幅稳定的脉冲，而运动目标的回波呈现上下“跳动”的“蝴蝶 效应” 。 可以根据这种波形特点， 在偏转显示器上区分固定目标与运动目标。 如果要把回波信号加到亮度调制显示器或终端数据处理设备， 则必须先消除 固定目标回波。 最直观的一种办法是将相邻重复周期的信号相减，使固定目 标回波由于振幅不变而相互抵消； 运动目标回波相减后剩下相邻重复周期振 幅变化的部分输出。 A. 相消设备特性 相消设备等效于一个梳齿形滤波器，其频率特性在������ = ������������ ������ 各点均为零。 固定目标频谱的特点是，谱线位于������������������ 点上，因而在理想情况下，通过相消 器这样的梳齿滤波器后输出为零。 但当目标的多普勒频率为重复频率整数倍 时，其频谱结构也有相同的特点，故通过上述梳状滤波器后无输出。 B. 数字相消器 相消器需要迟延线将信号迟延一个脉冲重复周期并和未迟延的信号相 减。 现代大规模的集成电路的迅猛发展，可完全用数字技术来实现信号的存 储、延时和各种实时运算。 首先把从相位检波器输出的模拟信号变为数字信号。 以时钟脉冲控制取 样保持电路对输入相参视频信号取样， 被时间量化的取样保持信号送到模数 转换电路（A/D 变换器）进行幅度分层，转为数字信号输出。数字信号的延 迟可用存储器完成， 将数字信号按取样顺序写入存储器内，当下一个重复周 期的数字信号到来时， 由存储器中都会出同一距离单元的信号进行相减运算， 在输出端得到跨周期相消的数字信号。 一般取样间隔应小于脉冲宽度的一半， 即在一个脉冲宽度以内取样两次 以上。A/D 变换器的量化位数 N 应选到 N≥7 后，量化损失低于 0.08dB，可 以忽略其影响。N 的选择还对系统改善因子有影响。
1.获得相参电压的方法
相参电压获得的途径和雷达发射机的形式有直接关系。目前，脉冲雷达 所用发射机有自激震荡式和主振放大式两类。 A. 中频全相参动目标显示 当雷达发射机采用主振放大式时，脉冲初相由主振源控制，发射信号是 全相参的。相位检波通常是在中频上进行的，因为在超外差接收机中，信号 的放大主要依靠中频放大器。在中频进行相位检波，仍能保持和高频相位检 波相同的相位关系。 B．锁相相参动目标显示 当发射机采用自激振荡器时，脉冲高频起始相位是随机的，因此，为了 保持相参，应采用锁相的办法。MTIFra bibliotek动目标显示雷达
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，也可以是有风时的海浪干扰和金属丝干扰，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 得困难。 如果目标处在杂波背景内。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， 就可以从频率上区分不同 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，并提高了雷达的抗干扰能力。
3.解决盲速和盲相
1.参差重复频率来解决盲速 2.中频对消 相位检波器的输出是回波矢量在基准电压方向的投影， 而一次对消器的 输出又相当于相邻重复周期信号差矢量在该方向的投影。 当差矢量的方向与 基准电压方向垂直时，则输出为零，这时就是盲相。