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MTD雷达中多普勒滤波器组的设计与实现..

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目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (3)1.1 研究背景及意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 本设计的指导思想和主要工作 (4)2 动目标检测(MTD)雷达基本原理 (6)2.1 多普勒效应 (6)2.2 动目标检测(MTD)雷达的工作原理 (8)2.2.1 动目标显示(MTI)雷达的工作原理 (8)2.2.2 动目标检测(MTD)雷达的工作原理 (10)3 MTD多普勒滤波器组的设计 (13)3.1 加权DFT实现MTD滤波 (13)3.1.1 DFT滤波器分析 (13)3.1.2 窄带滤波器组信号处理的优点 (15)3.2 FIR实现MTD多普勒滤波器 (16)3.2.1 设计思路 (17)3.2.2 MTD多普勒滤波器组的设计 (17)3.3 MTD/MTI雷达的性能评价指标 (20)4 MTD雷达中预处理模块设计 (23)4.1 乒乓操作 (23)4.1.1 乒乓操作的处理流程 (23)4.1.2 乒乓操作的特点 (23)4.1.3 乒乓操作的应用 (25)4.2 MTD雷达匹配滤波器的总体结构 (26)4.3 MTD雷达中预处理模块设计 (27)4.3.1 多路选择器的设计 (28)4.3.2 计数器的设计 (30)4.3.3 MTD雷达预处理模块设计 (32)总结 (34)谢辞 (34)参考文献 (35)合肥工业大学理学院电子科学与技术2006届毕业论文集摘要：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的主要功能，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MTD雷达中多普勒滤波器组的设计与实现Abstract：In high-tech warfare, detecting enemy’s offensive goals (such as aircraft, missiles, ships, etc.)is an important issue.In fact, it is a solution about how to found the interestingobjectives in the intensive mess echo., the so-called MovingTarget Detection (MTD).In this paper, I spent much time and many words on the research of the core of MTD radar technology--the design ofDoppler Filter Team. The article is divided into four mainparts:First, There is a general description about the background of this topic and its significance. Secondly, the basicprinciples of the Moving Target Detection (MTD) radar arecomprehensive and detailed introduced, such as the mainfunction of MTD. In addition, the Moving Target Indication(MTI)which is Extremely relevant with MTD is also conducted a briefintroduction. Thirdly, There are some design and analysis thatI did on the MTD radar technology core (Doppler Filter Team),and the two approaches—DFT and FIR were applicated inachieving MTD filter. At the same time some of the MTDperformance evaluation indicators were given. Finally, how tostore the input data of MTD filter in the design was designedwith the ping-pong operation, and the simulation results wereanalysed and described.Keyword: Moving Target Detection (MTD), Moving Target Indication(MTI), Filter, Ping-pong operation , Design合肥工业大学理学院电子科学与技术2006届毕业论文集1 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MTD雷达中多普勒滤波器组的设计与实现种低重复频率的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——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CFAR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MTD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FFT,DSP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的核心技术(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，合肥工业大学理学院电子科学与技术2006届毕业论文集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。

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雷达系统中的信号处理技术

雷达系统中的信号处理技术

雷达系统中的信号处理技术摘要本文介绍了雷达系统及雷达系统信号处理的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测几种现代雷达技术，雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，通过MTD来探测动目标，通过恒虚警〔CFAR〕来实现整个系统对目标的检测。

关键词雷达系统正交采样脉冲压缩MTD 恒虚警检测1雷达系统概述雷达是Radar〔Radio Detection And Ranging〕的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。

雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。

典型的雷达系统如图1，它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。

图1雷达系统框图随着现代电子技术的不断发展，特别是数字信号处理技术、超大规模集成数字电路技术、电脑技术和通信技术的告诉发展，现代雷达信号处理技术正在向着算法更先进、更快速、处理容量更大和算法硬件化方向飞速发展，可以对目标回波与各种干扰、噪声的混叠信号进行有效的加工处理，最大程度低剔除无用信号，而且在一定的条件下，保证以最大发现概率发现目标和提取目标的有用信息。

雷达发射机产生符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由雷达接收机接收，然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的相关信息。

雷达信号处理的流程如下：图 2 雷达信号处理流程2雷达信号处理的主要内容雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。

信号处理消除不需要的杂波，通过所需要的目标信号，并提取目标信息。

内容包括雷达信号处理的几个主要部分：正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测。

正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务。

基于FPGA的一种MTD滤波器组设计与实现

基于FPGA的一种MTD滤波器组设计与实现

【 Ｊ ］ ．物理学报 ， ２ ０ ０ ９ ，５ ８ （ ２ ） ： ３ １ － ３ ５ ． ［ ３ 】 王 甲富， 屈 绍波 ， 徐 卓等 ． 耦合 增强型“ 巨” 字 形左 手材料 磁谐 振 器的设计 ［ Ｊ ］ ．空军
构图如 图 １ 所示 ： 图 １即为 四个 左手 材料 结构 单元 组合放 置 在 波 导 中 央 的仿 真模 型 。将 产 生 的 结 果 与单 独磁谐振结构 的传输特性和单独工 型金属 导线 的传输 特性进 行比较，结果如图 ２所示，图中 实线为 左手左 手单元的传输 特性 曲线，长虚线 为 回 型磁 谐 振 器 的传 输 特 性 曲线 ， 短虚 线 为工 型金属 导线 的传输特性 曲线 。可 以看 出左手材 料 结 构单 元 阵列在 ６ ． ５ 一Ｉ １ ． ７ ＧＨ ｚ的 频 段 上 存 在一个通带，而同样的频段上磁谐振器和电谐 振器 均为阻带特性，此结果也肯定了图 １ 所示 结构为左手 材料单 元。
ｗ Ｗ Ｒ Ｗ
（ ５ ）
波 背景 下检测 因动 目标 能力 的技 术 。２ Ｏ世 纪 制成 功第一代 ＭＴ Ｄ处理器 ，它 的基本结构包 括 三脉冲 对 消器 级联 ８点 Ｆ Ｆ Ｔ的 杂波滤 波器 等技 术。这种 ＭＴ Ｄ杂波滤波 器在杂波背 景下
７ ０ 年 代初 ，美 国麻 省理工 学 院林 肯试 验室研 ｓ （ ｔ ） ＝［ Ｓ ｏ （ ｆ ） ， Ｓ （ ｆ ） ， … Ｓ （ ｆ ） ］ ， Ｓ ｋ （ ）为 第 ｋ 个
其中Ⅱ （ ） ：［ １ ， ｅ ， … ｅ ‘
为第 ｋ个信源的导向矢量。
， （ ｋ ＝ １ … ２ …Ｐ ）
检测运 动 目标的 能力 比 ＭＴ Ｉ 有较 大的提 高。
＜ ＜上 接 ２ ６ ９页
MTIMTD 多普勒处理课件

MTIMTD 多普勒处理课件


+ 既然MTI滤波的目的是为了改善信杂比，那么匹配滤波器
的概念可以用来设计MTI滤波器
使滤波输出信干比ห้องสมุดไป่ตู้大化的滤波器的系数矢量h即为匹配滤 波器的权矢量。
考虑一个一阶（N=2）的匹配滤波器。假定干扰 w[m]包含功率 （方差）为 n 的零均值 2 平稳白噪声n[m]和功率为 c 的零均值平稳色杂波c[m].即：
运动雷达平台的多普勒谱
了偏移，偏移量为地面相 对于雷达的标称多普勒频 率。即： + 主瓣展宽为： + 其中 为雷达视线的矢 量和平台速度矢量之间的 夹角， 为用rad表示的天 线波束宽度。
+ 主瓣杂波（MLC)旁瓣杂波（slc）和高度线
（AL）变得非常明显 + 旁瓣杂波：天线的旁瓣发射脉冲和接收的 杂波回波 + 高度线杂波：径直向下的指向地面的天线 旁瓣发射能量和接收的地面回波。因此高 度线杂波所指向地面的 径向速度为0，因此 对应的多普勒频率为0，并且与平台速度或 雷达的观测方向无关。
对于每个天线，相位中心都接收一个类似的数据矩阵。
MTI处理器是对慢时间数据序列进行一 个线性滤波处理，以抑制数据中的杂波 分量。上图描绘了MTI的处理过程。
MTI处理所需要的滤波器可以由上图 来表示。假定已经利用平台的运动和 场景的几何信息吧杂波多普勒中心搬 移到零多普勒频率处。 显然，高通滤波器可以衰减杂波，而 没有滤掉位于多普勒清洁区中的运动 目标。
+ 高度线杂波：
虽然是由天线的旁瓣接收和发射的，但由于其相对较短的 垂线距离和垂直入射的大多数杂波的高反射率，高度线杂 波仍表现出较强的能量。 +旁瓣杂波 旁瓣杂波不会出现在静止雷达中，这是由于其来自旁瓣的 地面回波的多普勒频率为0，因此他成为主瓣杂波的一部 分。高度线杂波也总是出现在零多普勒频率处，因此也与 主瓣杂波混在一起不可分辨，直到运动平台使得主瓣杂波 搬移到多普勒的其他不同部分。
雷达信号处理

雷达信号处理

雷达信号处理技术与系统设计第一章绪论1.1 论文的背景及其意义近年来，随着电子器件技术与计算机技术的迅速发展，各种雷达信号处理技术的理论与应用研究成为一大热门领域。

雷达信号的动目标检测(MAD)是利用动目标、地杂波、箔条和气象干扰在频谱上的差别，抑制来自建筑物、山、树、海和雨之类的固定或低速杂波信号。

区分运动目标和杂波的基础是它们在运动速度上的差别，运动速度不同会引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，这就可以从频率上区分不同速度目标的回波。

固定杂波的中心频率位于零频，很容易设计滤波器将其消除。

但对于运动杂波，由于其多普勒频移未知，不能像消除固定杂波那样很容易地设计滤波器，其抑制就变得困难了从本质上来讲，雷达信号的检测问题就是对某一坐标位置上目标信号“有”或“无”的判断问题。

最初，这一任务由雷达操作员根据雷达屏幕上的目标回波信号进行人工判断来完成。

后来，出现了自动检测技术，一开始为固定或半固定门限检测，这种体制下当干扰和杂波功率水平增加几分贝，虚警概率将急剧增加，以至于显示器画面饱和或数据处理过载，这时即使信噪比很大，也不能作出正确的判断。

为克服这些问题进而发展了自适应恒虚警(Constant FalseAlarm Rate，CFAR)检测。

CFAR 检测使得雷达在多变的背景信号中能够维持虚警概率的相对稳定，这种虚警概率的稳定性对于大多数的雷达，如搜索警戒雷达、跟踪雷达、火控雷达等。

第二章 雷达信号数字脉冲压缩技术2.1 引言雷达脉冲压缩器的设计实际上就是匹配滤波器的设计。

根据脉冲压缩系统实 现时的器件不同，通常脉冲压缩的实现方法分为两类，一类是用模拟器件实现的 模拟方式，另一类是数字方式实现的，主要采用数字器件实现。

脉冲压缩处理时必须解决降低距离旁瓣的问题，否则强信号脉冲压缩的旁瓣 会掩盖或干扰附近的弱信号的反射回波。

这种情况在实际工作中是不允许的。

采 用加权的方法可以降低旁瓣，理论设计旁瓣可以达到小于-40dB 的量级。