MTD雷达中多普勒滤波器组的设计与实现

【 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

+ 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。

1.1.3 二次杂波对消器
滤波器频率特性：
其中通常取接近2但小于2的常数。

目的同样是在保证尽可能多地滤除杂波的
同时，处在零多普勒点的运动目标不被抑制完全。

对比见下图：
二次杂波对消器是工程中应用最多的杂波处理滤波器。

对于低速的杂波消除，频响特性可以向右平移一定的区间，平移的量是杂波运动速度对应的多普勒频移。

因此对于低速运动杂波对消的滤波特性为：
其中为杂波速度对应的多普勒频移。

利用二次杂波对消器处理杂波时，选取相参积累脉冲个数为。

1.2 多普勒滤波器组处理
一般，将MTI处理后输出的信号进行MTD处理，即窄带滤波处理，得到运动目标的速度信息。

1.2.1 窄带多普勒滤波器组实现
利用有N个输出的横向滤波器，经过各脉冲的加权求和实现。

频响幅度为：。

这种补偿方法可消除由舰速造成的动目标和固
定目标的回波频谱太近而不能很好地提取动目标的
缺 点 ，但 关 键 是 要 得 到 根 据 雷 达 天 线 指 向 分 量 上 的 运
动速度而实时变化的相参信号。目前直接数字频率
合成（ DDS）技 术 已 比 较 成 熟，使 用 DDS 技 术 得 到 精
确实时变化的相参信号已较容易。
的多普勒频 移 估 计 误 差 为 Δfd = 2v / λ = 66. 67 H（z 设 此 时 雷 达 指 向 正 前 方 ）。 由 此 偏 差 影 响 的 杂 波 谱 为
( ) W（' f） = W0 exp
（f -
- Δfd ）2 λ2
8
σ
2 V
。
（15）
此时杂波功率输出为
u' = H（ w）*W（' w） = 2. 80 × 10 -3 W0 。 （16）
设雷达当前工作频率 fT 为 10 GHz，重频频率 fS 为 3 kHz，多普勒滤波器组采用 16 点的 FFT 算法，输入序
列加布莱克曼窗函数。海杂波的功率谱表达式为
( ) W（ f） = W0 exp
-
f 2 λ2
8
σ
2 V
；
（12）
对重频 fS 归一化后的数字域表达式为
( ) W（ w） = W0 exp
（2）
由 上 两 式 可 知 ：雷 达 天 线 指 向 的 速 度 分 量 将 引 起
回 波 的 附 加 多 普 勒 频 移 ，而 垂 直 天 线 指 向 的 分 量 引 起
回 波 频 谱 的 展 宽 。 由 于 舰 速 相 对 较 低 ，回 波 的 频 谱 展
宽 可 忽 略 ，这 里 着 重 介 绍 对 产 生 的 附 加 多 普 勒 频 移 的

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。

基于FPGA的一种MTD滤波器组设计与实现摘要为了提高雷达动目标检测（MTD)的杂波抑制能力，本文将用于自适应信号处理中的最大信干比（MSINR）准则用来设计MTD处理中的滤波器组系数,取得很好的效果。

然后，使用FPGA实现MTD 的滤波器组设计。

【关键词】动目标检测最大信干比杂波抑制动目标检测(MTD）处理是一种利用多普勒滤波器来抑制各种杂波，以提高雷达在杂波背景下检测因动目标能力的技术。

20世纪70年代初,美国麻省理工学院林肯试验室研制成功第一代MTD处理器，它的基本结构包括三脉冲对消器级联8点FFT的杂波滤波器等技术.这种MTD杂波滤波器在杂波背景下检测运动目标的能力比MTI有较大的提高。

后来经过改进，林肯实验室又推出了第二代MTD处理器，使用了优化设计的FIR滤波器组代替对消器级联FFT的滤波器结构,进一步提高了杂波的抑制能力。

1 滤波器组设计本文的滤波器设计要使用最大信干比（MSINR）准则，该理论在自适应阵列信号处理中广泛使用，首先对该理论进行推导。

考虑N元等距线阵，阵元间距为d.远场处有一个期望和P个窄带干扰以平面波入射（波长为λ），到达角度分别为θ0和θk(k=1，2，..。

.。

.P)，阵列接收的快拍数可表示为将所推导的最大信干比准则用于MTD滤波器组设计。

此处设计滤波器组数为N，等分归一化频率。

将干扰信号产生在零频率附近，并去掉零通道以及左右各两个通道,所产生的滤波器组如图1所示（此图N=12）。

从图1中可以看到滤波器组中远离零号滤波器的滤波器在零频附近80dB的门限,能够有效抑制地物杂波。

对于零频附近的滤波器，直接采用加权的方式获得。

其幅频相应如图2所示。

这样就得到所需的滤波器组。

2 滤波器组的实现FPGA中MTD滤波器组的实现结构如图3所示。

由图3可见，MTD的滤波器组由三部分组成:数据分配模块、滤波器组模块和并串转换模块.下面将对他们进行描述。

2.1 数据分配模块该模块是将重排后的数据分配给滤波器组的每个通道，用于做滤波处理。

一种改进的最大信杂比MTD滤波器设计算法贾可新;张锦中【摘要】为了提高算法对调节因子和初始阻带衰减的稳定性,提出了一种改进的最大信杂比MTD滤波器设计算法.与原始的设计算法相比,该算法通过对滤波器频响与期望频响的误差进行归一化处理,并重新计算某些杂波功率为零,但不满足期望阻带衰减要求的频点的杂波功率,获得了改进的杂波功率迭代公式,降低了对调节因子的敏感性.为降低初始阻带衰减对算法稳定性的影响,所提算法采用了逐次增大初始阻带衰减的策略.因此,改进的MTD滤波器设计算法不需反复调节控制参数,提高了设计效率,具有较高的价值.仿真实例验证了所提算法的有效性.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2017(046)002【总页数】5页(P47-51)【关键词】MTD滤波器组;杂波抑制;最大信杂比准则;脉冲重复频率【作者】贾可新;张锦中【作者单位】华东电子工程研究所合肥230088;华东电子工程研究所合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN958.2Abstract: To improve algorithm stability for regulatory factor and initial stopband attenuation, a design algorithm of modified maximum signal-to-clutter ratio(SCR) moving target detection (MTD) filters is presented. Comparing with original design algorithm, using this algorithm can achieve improved clutter power iterative formula, and reduce sensitivity to regulatory factor by normalized processing error between filter frequency response and expected frequency response and recalculating clutter power of frequency point whose power is zero, but it cannot meet requirement for expected stopband attenuation. In order to reduce effect of initial stopband attenuation on algorithm stability, the proposed algorithm employs strategy of increasing initial stopband attenuation gradually. Hence, the modified MTD filter design algorithm does not need to regulate control parameters so as to increase design efficiency. It provides higher value. The simulated example verifies effectiveness of the presented algorithm.Key-words：MTD filter bank; clutter suppression; maximum signal-to-clutter ratio criteria; pulse repetition frequency在工作环境中，雷达接收信号不但含有来自运动目标的回波信号，也有从地物、云雨以及人为施放的箔条等物体散射产生的杂波信号。

基于卷积窗的动目标检测雷达滤波器组的设计摘要：分析了动目标检测雷达多普勒滤波器组的不足，提出了一种新的基于加卷积窗的FFT滤波器组，改善了雷达处理增益。

理论推导和检测性能仿真结果表明，在频率偏移时，基于加卷积窗的FFT滤波器组具有比传统FFT和WFFT更好的检则性能。

关键词：动目标检测；雷达；滤波器组；FFT中图分类号：TN957.51 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.08.010动目标检测（MTD）雷达是利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达，其核心为多普勒滤波器组，常用快速傅里叶变换（FFT）实现。

但是，FFT的高旁瓣效应在强杂波环境中会造成大量的虚警，甚至可能淹没真实的目标。

因而，必须采用时域加权方式，通过减少频谱泄漏降低滤波器的旁瓣。

针对回波频率偏离滤波器中心频率的FFT失配情况，文献[1]通过交替运用加窗傅里叶变换（WFFT）和离散小波变换（DWT）这两种方法，在整个频率范围内得到了非最佳的折衷处理效果，而且提升了系统的复杂程度。

文献[2]在文献[1]的基础上提出了基于单边形式海明窗的FFT/WFFT-DWT方法，进一步提高了检测性能。

本文探讨了一种新的卷积窗FFT方法（CWFFT）。

该方法能够减少频谱泄漏，增加雷达的信息处理增益，提高检测性能。

1 MTD雷达滤波器组的工作原理在MTD雷达的信号处理中，在杂波抑制器后串接的窄带滤波器起着重要的作用，它是相干脉冲串的匹配滤波器，对输入脉冲进行相干积累。

采用数字信号处理技术时，可以通过横向滤波器或FFT实现。

MTD雷达信号的具体处理流程为：雷达接收机接收回波后经过高频放大、混频、中频放大等环节，将信号变为中频信号，再经过零中频正交双通道处理，将信号变为视频信号；将视频信号通过主杂波对消器，滤除零频率杂波后进行多普勒滤波；经多普勒滤波处理后，再作恒虚警处理，得到目标的多普勒信号。

在实际工作中，多普勒滤波可以由横向滤波器或FFT实现。

收稿日期：２０１９⁃０８⁃２８；修回日期：２０１９⁃０９⁃１１
ＦＦＴ 的多普勒滤波器组相比，ＦＩＲ 型多普勒滤波器组
在抑制零频附近的杂波时更加灵活，其频率响应能在
零频附近灵活形成满足指定带宽的较深零陷。
为了在零频附近灵活形成满足要求的零陷，文献
［５］ 将阵列方向图数字综合算法 ［６⁃７］ 应用到 ＭＴＤ 滤波
０ 引 言
在雷达监视环境中，雷达接收到的外界信号既包
括运动目标的回波信号，也包括由地面物体、云雨、海
浪、人为释放箔条等物体散射生成的各种杂波信号。
在实际环境中接收到各种杂波的功率往往比目标回波
信号强得多。 这些杂波信号将对运动目标的检测能力
产生严重影响。 因此，雷达信号处理必须根据杂波特
性自适应抑制杂波， 尽可能消除杂波对目标检 测 的
第 ３９ 卷 第 ４ 期
雷达与对抗
２０１９ 年 １２ 月
ＲＡＤＡＲ ＆ ＥＣＭ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．４
Ｄｅｃ． ２０１９
一种基于二阶锥规划的 ＭＴＤ 滤波器组设计算法
贾可新，张茹斌
（ 华东电子工程研究所 孔径阵列与空间探测安徽重点实验室，合肥 ２３００８８）
摘 要：为了改善算法的收敛性能，降低加权损失，提出了一种基于二阶锥规划的 ＭＴＤ 滤波器
影响。
［１⁃４］
自适应杂波抑制采用的动目标检测（ ＭＴＤ） 技术
主要是根据杂波的多普勒频率变化特性，通过合理设
计多普勒滤波器组来抑制各种杂波。 该技术可极大提
高雷达在复杂杂波环境下的运动目标检测能力。 目
前，ＭＴＤ 多普勒滤波器组实现方法主要包括 ＦＦＴ 滤波
器组和有限 脉 冲 响 应 （ ＦＩＲ） 滤 波 器 组 方 法。 与 基 于

MTD雷达中滤波器组的设计和实现
贺坤;罗丰;王炜;张宇
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2006(035)003
【摘要】在某MTD雷达信号处理系统中,采用切比雪夫一致逼近法设计MTD滤波器,讨论其硬件实现方法.测试结果表明,各滤波器副瓣在-50dB以下,该MTD系统对地杂波的改善因子达55dB以上,能够达到较好的检测效果.
【总页数】3页(P57-59)
【作者】贺坤;罗丰;王炜;张宇
【作者单位】西安电子科技大学,西安,710071;西安电子科技大学,西安,710071;西安电子科技大学,西安,710071;西安电子科技大学,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN713;TN959.1+1
【相关文献】
1.FFT-MTD滤波器组优化设计与仿真 [J], 周亚飞;赵修斌;邹鲲
2.FIR窄带滤波器组在现代雷达中的实现和优化方法 [J], 潘瑞云;胡万坤
3.基于FPGA的一种MTD滤波器组设计与实现 [J], 徐飞;
4.MTD雷达中多普勒滤波器组的硬件实现 [J], 钱冬宁
5.一种基于二阶锥规划的MTD滤波器组设计算法 [J], 贾可新; 张茹斌
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达 ５ｄ ５ Ｂ以上 ， 够达 到较好 的检 测 效果 。 能
关键 词 ： ＭＴＤ 滤 波 器 组 ； 比 雪 夫 切
中 图 分 类 号 ： Ｎ １ ； ５ ． １ Ｔ ７ ３ＴＮ ９ ９ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｍ ｐｌ ｍ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｌ ｅ ｎｋ ｉ Ｍ ＴＤ ｄａ ｓ ｇ ｎｄ Ｉ ｅ ｎｔ ｔｏ ｆ Ｄｏ ｐｌ ｒ Ｆｉｔ ｒ Ｂａ ｎ Ｒａ ｒ
滤波 器组 ， 其 副瓣 电平 低 于规 定值 ， 使 各个 滤 波器 主瓣 宽度 最小 化 。此外 还对 其基 于 Ｆ ＧＡ 硬 件 实现 做 了讨 Ｐ 论 。测试 表 明 ， 于该 方法设 计 的滤 波器 能够 满 足要 求 ， 基 取得 了预期 效果 ， 已投 入使 用 。 现
２ 切 比 雪夫 一 致 逼 近 法 设 计 ＭＴＤ 滤 波器
数时，
＾ ｆ
Ｈｇ ） ∑ 口ｎｃｓｎ） Ｍ一 （ （ 一 ∞ （） （ｒ ， ｏ ｏ Ｎ一１／ ）２
切 比雪 夫 最佳 一致 逼 近 的 基本 思 想 是假 设 所 希 望 滤 波 器 的频 率 响应 为 （ ， ） 寻找 一 个 逼 近 滤 波 器 Ｈ ） （ 一致 逼近 Ｈ ） （ 使其 偏差 最小 。 比雪 夫 逼近 理论 指 出 ， 切 这样 的 滤波 器是存 在 的 ， 是 唯一 的 。 且 记其 误
维普资讯
２０ ０ ６年 ９月
文章 编 号 ： Ｏ ８ ６ ２ ２ ０ ） ３ Ｏ ７ ０ ３ １ Ｏ —８ ５ （ ０ ６ ０ － ５ — ０
火控 雷达技 术
第 ３ ５卷
ＭＴ Ｄ雷达 中滤波器组 的设计 和实现
贺 坤 罗 丰 王 炜 张 宇
ｌ 引 言

mtd滤波器组原理Mtd滤波器组原理概述：Mtd滤波器组是一种常用的数字滤波器结构，广泛应用于信号处理和通信系统中。

它基于多通道分析的原理，通过分别处理输入信号的不同频率分量，实现对信号的滤波和频谱分析。

本文将详细介绍Mtd滤波器组的原理及其工作机制。

一、Mtd滤波器组的基本原理Mtd滤波器组由多个滤波器通道组成，每个通道都有自己的带通滤波器和带阻滤波器。

不同通道的滤波器具有不同的中心频率和带宽，用于处理不同频率范围内的信号分量。

Mtd滤波器组的输入信号经过各个通道的滤波器处理后，再经过一系列的运算和整合，得到最终的输出信号。

二、Mtd滤波器组的工作机制1. 信号分解输入信号经过Mtd滤波器组的第一个阶段，被分解成多个频率分量。

每个频率分量对应一个滤波器通道，通过Mtd滤波器组的多通道结构，可以同时处理多个频率范围内的信号。

2. 滤波器处理每个滤波器通道都有自己的带通滤波器和带阻滤波器。

带通滤波器用于传递该通道对应的频率分量，而带阻滤波器则用于抑制其他频率范围内的信号。

通过不同通道的滤波器处理，可以将输入信号中的各个频率分量分别提取出来。

3. 运算和整合经过滤波器处理后，每个滤波器通道的输出信号都经过一系列的运算和整合，得到最终的输出信号。

这些运算和整合过程可以根据具体需求进行设计，例如加权平均、累积求和等。

三、Mtd滤波器组的应用1. 信号滤波Mtd滤波器组可以对输入信号进行滤波处理，提取出感兴趣的频率分量。

在通信系统中，可以用于抑制噪声、提取有效信号等。

2. 频谱分析通过Mtd滤波器组的多通道结构，可以对输入信号进行频谱分析。

每个滤波器通道的输出信号对应一个频率分量，通过对这些频率分量的分析，可以了解输入信号的频谱特性。

3. 信号识别与分类Mtd滤波器组可以用于信号识别和分类。

通过对输入信号的滤波处理和频谱分析，可以提取出信号的特征参数，进而对不同类型的信号进行识别和分类。

四、总结Mtd滤波器组是一种常用的数字滤波器结构，基于多通道分析的原理，可以对输入信号进行滤波和频谱分析。

一种MTD的优化设计及实际应用2005年3月火控雷达技术第34卷文章编号:1OO8—8652(2005)01—009—004一种MTD的优化设计及实际应用汪莉君罗丰吴顺君(西安电子科技大学西安710071)【摘要】根据某型雷达的具体情况,MTD的滤波器组采用了切比雪夫加权设计方法,对相关的信号处理方法如?to-虚警检测等关键问题作了讨论.测试结果表明,该MTD系统对地杂波的抑制比大于55dB,对动杂波的抑制比大于45dB,能够达到较好的动目标检测效果.关键词:MTD;切比雪夫;多普勒滤波器组;恒虚警;改善因子中图分类号:TN713;TN959.11文献标识码:A AnImprovedDesignandPracticalApplicationofMTD WangIijunIUOFengwuShunjun(NationalKeyLabfo,Rada~'SignalProcessing,XidianUniversity,Xi'a}l710071) Abstract:AChebyshevweightedDopplerfilterbankisadoptedforanewtypeofradar.Inthisp aper, therelevantprocessingmethodisdescribedandthekeyproblemssuchasCFARdetectionare discussed. TheexperimentresultsshowthattherejectionradioofMTDsystemtOthegroundclutterisgre aterthan55dB,andtherejectionradioofMTDsystemtOthemovingclutterisgreaterthan45dB. Keywords:MTD;Chebyshev;Dopplerfilterbank;CFAR;improvementfactor引言动目标检测(MTD)技术已经成为现代雷达信号处理中一项重要的技术,通过对回波脉冲作相参积累实现匹配滤波,使信噪比得到改善,在复杂背景中发现目标的能力得到提高.本文将对用于某型号警戒雷达信号处理系统中的MTD设计及其应用作简要阐述,多普勒滤波器组是MTD系统的核心,其性能决定MTD的性能,其实现常用快速傅里叶变换(FFT)和有限冲激响应(FIR)横向滤波器两种方法.前者灵活性较差,且杂波可能通过较高的副瓣(一13.2dB)进人而导致改善因子下降,常不能满足要求;而FIR滤波器具有灵活性,可根据实际的杂波特性,选用不同的加权得到满足要求的滤波器.实践证明,在被处理脉冲数较多(大于16)的情况下,MTD有较好的效果],基于该型号雷达脉冲序列较短的特点,本文采用一种基于切比雪夫加权的滤波器设计,使主响应之外的滤波器副瓣低于规定值,同时使滤波器响应主瓣宽度最小.另外,对于相应的信号处理方法尤其是恒虚警检测等问题进行了阐述.测试结果表明,基于该方法的MTD系统能够达到预期的效果.2MTD滤波器的设计2.1多普勒滤波器组雷达探测的目标大多为运动目标,如飞机,舰船,导弹等,而目标的周围经常存在着各种地物,海浪,气象及箔条干扰等杂波.运动目标和杂波(包括固定杂波和运动杂波)的差别主要体现在其速度上,通常后者运动收稿日期:2004—9—1392005年3月火控雷达技术第34卷速度远比目标运动速度低,这一速度差别反映在雷达回波中是它们的多普勒频移不同.这样,在时域上互相混叠的目标回波信号和杂波干扰有可能从频域上予以区分.实际工作中,MTD是通过用多个带通多普勒滤波器组成的滤波器组对雷达回波进行滤波处理,再对滤波器组的输出进行检测来发现目标的.目前MTD多普勒滤波器组常采用有限脉冲响应(FIR)滤波器来实现.图1所示为N阶MTD多普勒滤波器的结构,丁为脉冲重复周期,.～为FIR滤波器的加权系数.通常所用的常规MTD滤波器[2具较高的副瓣电平,这样容易造成滤波器组中不同滤波器的目标之间相互影响,可能带来虚警;另外,进入滤波器副瓣的杂波也会降低滤波器的杂波抑制性能.解决上述缺陷的方法有:在带通滤波器之前先采用对消器,将杂波的主要部分滤掉,这样后接的各滤波器的改善因子会有所提高;另一种办法是采用加权法降低各个滤波器的副瓣,同样可以提高改善因子.所付出的代价是滤波器的主瓣有所加宽.基于该型号雷达的实际工作参数和较少脉冲数(小于16)的限制,这里采取第二种解决方法.如果多普勒滤波器的设计准则选定,即要求主响应之外的滤波器副瓣响应低于规定值,同时使滤波器响应主瓣宽度最小.那么基于切比雪夫分布的FIR滤波器设计就是最佳方案.多普勒频率范围用一组相邻且部分重叠的切比雪夫加权滤波器覆盖,这样既可以保证将地杂波的大部分滤去,又使得滤波器的主瓣尽可能窄.2.2切比雪夫加权滤波器"切比雪夫逼近"称为等波纹最佳一致逼近.逼近准则是根据滤波器的设计指标,导出一组条件,在此条件下使得整个逼近的频率范围内逼近误差绝对值的最大值为最小.这里我们要设计通带内单调,阻带为等波纹的切比雪夫加权低通滤波器.假设期望滤波器的幅度函数为Ⅳ(),实际逼近的滤波器幅度函数为H(),则加权输逼近误差函数定义为:E()=()[Ⅳ()一Ⅳ()](1)式中(∞)为逼近误差加权函数.当N为偶数时,Ⅳ()一当N为奇数时,图1MTD多普勒滤波器的结构"/Z)cOs[(一号(3)式中N为滤波器阶数.FIR滤波器的等纹逼近优化准则可描述为求一组系数a(,z)或b(n),使其在逼近的各个频带上E()的最大绝对值达到最小.『IE()『I=z[MaxfE()『](4)a(n)orb(月)∈^式中A是逼近的频带,这里主要指阻带.最佳逼近的充要条件是E()在逼近区域中满足交替定理.最优线性相位FIR滤波器的设计即求解优化问题(4)式,用雷米兹(Remez)算法(算法步骤见参考文献[4])来求解这里的等波纹最佳一致逼近问题,求出a(n)或b(n)便可得到滤波器的单位取样响应.(,),即获得基于切比雪夫分布的FIR滤波器加权系数.通过给滤波器系数加一个线性相位项,可将峰值滤波器的频率响应定位于任意位置.实现覆盖多普勒频率范围所需的滤波器总数,在设计时要权衡滤波器交叠期间的跨接损耗和实现中复杂程度之间的得失.而对于FIR滤波器组中的每个滤波器来说,其(幅度)频率响应都要在零频附近有较深的零陷,主要用于抑制地杂波,设计中对低副瓣要求和主瓣展宽之间要折中考虑.该雷达工作在仰角I~t,-j-,近区的地形可能会造成较强的地杂波,所以在零多普勒频率即地杂波所在处对副瓣有更高的要求.3检测处理方法3.1杂波背景下的CFAR检测为抑制运动杂波,对同一距离单元的各滤波器输出取幅度,并采用单独的自适应门限作处理,即杂波背1O2/)/SoC)/^口∑一第1期汪莉君等一种MTD的优化设计及实际应用景下的恒虚警处理.图2所示为滤波器的多路输出各自通过CFAR检测的框图.杂波包络的分布接近瑞利分布,工程中广泛采用单元平均技术,即CA—CFAR(cellaveraging).这里我们采用最大选择GO(greatestof)一CA—CFAR.图3所示为GO—CA—CFAR检测器,主要是为对抗杂波边缘而设计,因为GO在杂波边缘环境中能保持较好的控制虚警性能.它取两个局部估计的较大者作为总的杂波功率水平估计,即0.滤波器输出l滤波器输出N—l滤波器输出Z—MAX(X,y)(5)输入其中x一÷∑,y:÷∑..』…1』i=1在被检测单元两则各选I(一般选8或16)个单元,分别求这I个单元的均值,两者选大后输出,乘以门限因子c作为门限阈值.c由若干位开关和若干位数据组成,开关可使阈值有多种选择,数据可使不同工作方式下的阈值可能不同,以保证不同工作方式下的检测性能最优.被检测单元两侧各空出一个单元是为了避免目标本身对阈值的影响.3,2超杂波检测由于目标信号检测是在运动杂波或地杂波剩余的背景下检测的,零多普勒滤波器即0#滤波器不能滤去地杂波,地杂波背景的分布与雷达周围的地形有关, 但目标也可能存在于0#滤波器中,通过对几次扫描的杂波幅度取平均,建立杂波图,作为零多普勒频率通道的门限,可以检测出超过杂波的强目标回波嘲图4所示为超杂波检测框图.递归滤波器输出作为杂波图中的平均估值,乘以门限因子C形成门限阈CFAR~IL——+IcFAR检澳9l—————..选大CFAR,~YL——'图2MTD多路CFAR检测检测输出图3GO—CA—CFAR检测器图4超杂波检测输出输出值.主监控提供的超杂波检测命令和检测区域决定了C的选取.递归滤波器中Z一指的是天线扫描周期的延迟,在0到1之问选取,决定了取平均的周期数.3.3噪声CFAR检测经过杂波背景下的恒虚警处理之后,在接收机的输白色高斯噪声背景下,检测目标可以采用噪声电平恒虚警电路.因为白色高斯噪声经过幅度检波后变为振幅瑞利分布,所以只需求得其噪声均值,再乘以一个大于1的门限因子作为门限阈值,就可以将虚警概率控制在允许值之下.图5噪声恒虚警电路输出图5中C3为噪声CFAR的门限因子,也由若干位开关和若干数据组成,数据由工作方式中的脉冲数决定,因为脉冲数不同,终端中M/N检测得到的虚警概率也可能不同,所以C.必须分别设置,以保证不NT作方式下虚警概率相同.单元平均电路在每次发射的休止期内取64个噪声数据取平均值,递归滤波是在发射与发射之问进行的,其结构类似于杂波图的建立,只是延迟时间不再是天线扫描周期,而是脉冲发射周期.4测试及性能分析由于该型号雷达工作在多种工作方式下,需要通过选择信号来选中不同工作方式所对应的MTD系统112005年3月火控雷达技术第34卷处理模块,其中包括多普勒滤波器组和各通道检测等.下面就某一种工作方式进行MTD的设计及其检测的仿真.雷达工作波长一0.1m,在该工作方式情况下,脉冲数为9,脉冲重复周期为T,一3300~s,考虑到天线扫描引起的杂波谱展宽,地杂波谱宽约,一10Hz.图6描绘出多普勒滤波器组中1#,6#,8#三个滤波器的频率特性,靠近零多普勒频率的1#滤波器在零频附近形成约一55dB的凹口,未绘出的8#滤波器与1#滤波器的频率特性完全对称.2#～7#滤波器在1#与8#滤波器之间的多普勒频率范围内平均分布,副瓣均可达一55dB以下,能抑制较强的地杂波.图7描绘出MTD滤波器组对地杂波的滤波响应图,对目标能够达到约8dB的增益. ∞3蜃督骚燃罂～\,.1|.i||7IIL图6多普勒滤波器组中三个滤波器的频率响应图7滤波器组对地杂波的频率响应图8所示是雷达参数模拟的数字信号源中一组地杂波背景下含有运动目标的9个回波脉冲经过MTD的8个通道后,由恒虚警检测得到的目标信息;在第128个和第512个距离单元上各有一个运动目标,且均处于1#与2#滤波器之间,并有7.8dB的增益.距离单元图8地杂波背景下检测得到的目标信息图9箔条杂波背景Ttk~,1得到的目标信息图9所示是数字信号源中一组箔条杂波背景下含有运动目标的回波脉冲经过处理得到的目标信息;在第23个距离单元上有一个运动目标,处于8#滤波器,并获得6.2dB的增益.测试结果表明,该MTD系统对地杂波的抑制可达到55dB,对动杂波的抑制可达45dB,滤波器组各个滤波器的改善因子均可达到60dB以上.5结束语本文将基于切比雪夫加权的滤波器应用于某雷达MTD系统,并详细阐述了相关的检测处理方法,包括CFAR检测及超杂波检测.测试结果表明,这种MTD设计及处理方法是切实可行的,能够达到较好的动目标检测效果.(下转第25页)12第1期帅明等机栽PD雷达通用杂波的建模与仿真.;-I口lj图9AMTI处理后的结果图10MTD后的结果图5,6,9,1O给出了该系统的测试结果图.图7给出了本文所产生的主瓣杂波及高度线杂波在频域上的频谱,图8给出了采用的MTI+AMTI的频率响应结果.可以看到图5中在三种杂波作用下,信号被完全淹没,杂信比很大.图6给出了经过匹配滤波,MTI后的结果,滤除了高度线杂波,但杂波仍然很强.图9给出了信号经过AMTI处理,大大降低了主瓣杂波,只剩下了与信号处于一个当量级的副瓣杂波.图1O对AMTI后的结果进行了MTD,从图中可看到,此时信号很明显的被检测到.4结论本文利用目前较通用的几种杂波统计模型形成地形特征数据库,从而利用一定的构造方法,建立了机载条件下的通用杂波模型,能大致满足多种情形下的机载PD雷达仿真要求,且该杂波模型可以根据信号的不同形式建立相应的杂波信号,信号可以设置为线性调频信号,常规脉冲信号,非线性调频信号,相位编码信号等.建立了该通用杂波为以后在SIMUIINK下的雷达系统仿真进行快速建模及方案认证提供了基础,同时该方法也可推广于其它仿真平台.参考文献:[1]丁鹭飞,耿富录.雷达原理(修gT/&)[M].西安:西安电子科技大学出版社,1984.[2]丁鹭飞,张平.雷达系~[M-I.西安:西北电讯工程学院出版社,1984.[3]M.W.朗陆地和海洋的雷达反射特性[M].国防工业出版社1983.[4]R.I.米切尔.雷达系统模拟[M].科学出版社,1982.[5]Statisticalanalysesofmeasuredradargroundclutterdata[J].J.B.BillingsleyA.FarinaIEE ETransactiononAerospaceAndElectronicSystems,1999,35(2).[6]EfficientClosed—formcomputationofairbornepulseDopplerradarclutterJaoJ.K,GogginsW.B[A].NorthernVirginiaSectionandIEEEAESS,IEEEInternationalRadarConference[C]. NewY ork:TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,Inc,1985,17—22.[7]ModellingOfRadarClutter[M].G.C.Sarno.[8]曹晨等.关于雷达杂波性质研究的若干个问题[J].现代雷达,2001,23(5):1—5. [91胡娅.雷达杂波库的建摸与仿真[c].学位论文,1997.(上接第12页)参考文献:[1]一种新的短脉冲序l雷达信号处理系统口].现代雷达,1998,12,第6期.[2]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1995,6.[3]赵树杰,史林.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1997,10.[4]康晓东主编.数值算法与非数值算法[M].电子工业出版社,2003,1.[5]丁鹭飞,张平.雷达系统[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1984.25。

MTD雷达信号处理实现过程简析作者：徐卫合赵咏梅来源：《无线互联科技》2014年第05期摘要：动目标检测（MTD，Moving target detection）是现代雷达系统中重要的信号处理技术，采用MTD技术的雷达在当前得到了越来越广泛的应用。

文中介绍了MTI/MTD技术的基本原理，对MTD雷达信号处理的实现方法和一般过程进行了简要的分析，并对某些关键部分的多种实现方法进行了一些比较。

关键词：MTI；MTD；动目标；多普勒滤波器组雷达在探测各种运动目标时几乎都会受到杂波的干扰。

由于运动目标和固定目标、一些缓慢运动的目标如气象杂波，敌方施放的铝箔干扰条、鸟群等产生的回波信号的多普勒频移是不同的，针对此区别采用MTI/MTD技术就可以获得所需的目标信息。

1 MTI/MTD的简介动目标显示（MTI）简单理解就是一种抑制固定杂波或缓慢运动杂波的频域滤波器。

它利用运动目标回波和固定杂波及慢速杂波在频域上的不同，有效抑制杂波而获取目标回波信号。

MTD是为了弥补MTI某些情况下检测能力不够的缺陷，提高在强杂波、弱目标时，依据最佳滤波器理论使用的一种信号处理技术。

在信号处理方面MTD比MTI从下面三个方面进行了改进：⑴采用了更多的数字信号处理技术，改善了滤波器频率特性，更接近于最佳滤波，提高了改善因子；⑵能够检测到强地物杂波中低速运动的目标甚至是处于切向方向飞行的大目标；⑶能够同时抑制平均多普勒频移等于零的固定目标杂波和诸如气象、鸟群等产生的慢动杂波。

2 MTD雷达信号处理系统MTD雷达信号处理系统，简单的说就是在MTI的基础上增加了一组覆盖目标回波多普勒频率的所有可能范围的窄带滤波器。

其基本框图如图1所示。

2.1 MTI的信号处理MTI是基于多普勒频率来区分运动目标回波和地物杂波及慢速杂波干扰的，因而MTI一般包括含有多普勒信息的回波信号的相参处理和进行目标区分时的对消处理这两个基本部分。

⑴多普勒信息的获取是使用I、Q正交双通道相干检波器来实现的。

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(HTD)雷达基本原理 (6)2.1多普勒效应 (6)2.2动目标检测(MTD)雳达的工作原理 (8)2.2.1动目标显示(HTI)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)3MTD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)4MTD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 摘要：在高科技战争中，探测敌方的进攻LI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U标的问题，即所谓的动目标检测(MTD) o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U 标检测(MTD)雳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LI标显示(MTI)也进行了一个简要的介绍。

雷达滤波器的设计与性能分析雷达滤波器是雷达信号处理中的重要组成部分，其功能主要是对雷达回波信号进行滤波，滤除信号中的噪声和干扰，提高雷达信号的信噪比（SNR），从而提高雷达探测和跟踪的准确性和可靠性。

本文将介绍雷达滤波器的种类、设计方法及性能分析。

一、雷达滤波器的种类根据滤波器的作用，可将雷达滤波器分为两类：模拟滤波器和数字滤波器。

模拟滤波器通常采用电子元件（如电容、电感、电阻、晶体管等）对信号进行滤波处理。

数字滤波器则采用计算机数字信号处理技术，对离散时间的雷达回波信号进行数字化处理，实现滤波功能。

根据滤波器的时域响应特性，可将雷达滤波器分为三类：无限脉冲响应（IIR）滤波器、有限脉冲响应（FIR）滤波器和自适应滤波器。

其中，IIR滤波器适用于需要快速响应的应用场合，其滤波器的系数是无限长的循环系统，设计较为灵活，但易受到噪声和干扰的影响；FIR滤波器的系数是有限长的线性系统，其滤波器的性能可通过系数设计得到精确控制；自适应滤波器则具有较好的抗噪能力和自适应性能，适用于多种复杂的信号处理场合。

二、雷达滤波器的设计方法雷达滤波器的设计方法主要包括模拟滤波器设计和数字滤波器设计两种。

下面将分别进行介绍。

1. 模拟滤波器设计模拟滤波器的设计主要涉及到滤波器类型、阶数、截止频率、通带和阻带的折返损耗等参数的选择。

具体步骤如下：（1）选择滤波器类型。

根据系统的要求和性能指标，选择适合的滤波器类型（如低通、高通、带通、带阻滤波器等）。

（2）确定阶数。

阶数是滤波器设计中重要的参数，其决定了滤波器的复杂程度和滤波器的性能。

通常情况下，随着阶数的增加，滤波器的性能也逐渐提高。

但同时也会导致滤波器设计难度和系统成本的增加。

（3）设置截止频率。

截止频率是指通过滤波器的频率范围，一般根据系统的要求和性能指标来确定。

截止频率一般分为通带截止频率和阻带截止频率两种。

通带截止频率是指滤波器在通带内的响应边界，其对于信号传输和处理具有重要意义。

MTI ( Moving Target Indication )
+
MTI实际上是一种频域滤波器。用数字器件实现的一次对消MTI的滤波器 结构如上图所示。
实际幅频响应
理想幅频响应
MTI ( Moving Target Indication )
从幅频响应结果可以看出，对消滤波器对固定目标和慢速杂波有抑 制作用。但一次对消虽然结构简单，脉冲响应时间短，但频响曲线 为正弦形，杂波抑制能力有限。
接收机和A/D转换 波束形成 脉冲压缩 杂波滤波 多普勒处理
•
带通采样
•
• • • •
频谱估计
波形设计 匹配滤波器 MTI滤波 MTD滤波器组
成像
自动检测
跟踪
目标识别
MTI ( Moving Target Indication )
收 -发 开关
相位检波
PRI 存储器
+
脉冲放大
振荡器
只有当回波信号为动目标回波是，减法器才有输出。（对非相参雷达， MTI需要对包络进行对消）
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上图为应用比较广泛的二次对消滤波器，器幅频响应为一次对 消滤波器的平方，增加了对杂波抑制的能力。
•
早期的MTI（动目标显示）雷达性能不高，其改善因子一般在20dB，这是由于多方面原 因造成的，如锁相相参系统的高频性能稳定性不够，采用模拟延迟线是通常只能做一 次相消而且其性能不稳定，这时MTI滤波器的抑制凹口宽度不能和杂波频谱宽带相“匹 配”，从而导致滤波器输出杂波剩余功率较大等结果。 依靠信号处理的潜在能力再加上合理的系统配合，MTI的性能还可以进一步提高和改善： 1、增大信号处理的线性动态范围； 2、增加一组多普勒滤波器，使之更接近与最佳滤波，提高改善因子； 3、能抑制地杂波（其平均多普勒频移通常为零）且能同时抑制运动杂波（比如 气象、鸟等） 4、增加一个或者多个杂波图，可以起到帮助检测切检测（MTD，Moving Target Detention）系统，以区 别于只有对消器的MTI（Moving Target Indication）系统。