丁榮信

(西安電子科技大學電子工程學院，陜西西安 710071)

現(xiàn)代雷達面臨的任務(wù)日益復(fù)雜，這就要求提高雷達在復(fù)雜多變環(huán)境中的檢測性能，然而在雷達工作的過程中，可能會碰到諸如地物、海浪、云雨及敵人施放的金屬箔等雜波。雜波分為固定雜波和動雜波。對于固定雜波，需要采用凹口位于零頻附近的濾波器來抑制。然而對于頻譜位置有相應(yīng)多普勒頻移的動雜波，就需要濾波器的凹口對準雜波平均多普勒頻率位置才能得到良好的抑制效果。

1 相關(guān)理論介紹

MTI技術(shù)是最早用于雜波抑制的技術(shù)之一。MTI的設(shè)計思路是使濾波器止帶凹口盡量對準雜波譜的中心頻率［1］。典型的MTI系統(tǒng)通常采用非遞歸的有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器來實現(xiàn)對雜波的抑制，設(shè)輸入信號為x(t)，每級延遲線的延遲時間為Tr，則MTI濾波器的輸出為

其中，W=(w0，w1，w2，…，wN)T，X(t)=［x(t)，x(t－Tr)，…，x(t－NTr)］T;W為權(quán)矢量;X(t)為信號矢量;Tr為脈沖雷達的脈沖重復(fù)周期。

通常用一次對消和二次對消來作MTI處理，但這樣的處理對靜止雜波有較好的效果，但對動雜波的處理則不甚理想。隨著自適應(yīng)信號處理的發(fā)展，可用自適應(yīng)技術(shù)來設(shè)計最佳濾波器。本文采用最小功率準則，自適應(yīng)估計雜波的中心頻率，使得濾波器的凹口對準雜波的中心頻率，從而達到抑制雜波的目的。

假定雜波比目標和噪聲大得多，當濾波器加權(quán)系數(shù)為最佳時，雜波被大量濾出，輸出主要為信號分量。但當權(quán)系數(shù)不是最佳時，由于雜波沒有被大量濾出，而由于雜波強，則輸出總功率較大。所以只要保證輸出功率最小，就能使信號雜波比達到最大。

圖1 兩脈沖自適應(yīng)MTI濾波器的設(shè)計框圖

由圖1可以看出

輸出的功率P0為

P0最小時計算最加權(quán)系數(shù)

可求得最佳權(quán)系數(shù)Wopt為

在數(shù)字系統(tǒng)中，最佳權(quán)系數(shù)可以表示為

在實際應(yīng)用中用時間平均替代統(tǒng)計平均，于是自適應(yīng)權(quán)值的計算公式為

其中X1，X2分別表示當前幀數(shù)據(jù)和前一幀數(shù)據(jù)，即X(t)，X(t－Tr)。

2 多普勒相位估計補償?shù)腁MTI方法

基于以上雜波對消方法的缺點，文中介紹了一種基于最小功率多普勒相位系數(shù)補償對消的AMTI方法［2］。首先，采用自適應(yīng)雙門限進行雜波位置的判定，然后對所確定的雜波位置信號進行雜波多普勒相位估計，最后采用最小功率準則選擇雜波多普勒相位補償系數(shù)并進行雜波的自適應(yīng)對消，實現(xiàn)框圖如圖2所示。

圖2 AMTI方法實現(xiàn)框圖

3 仿真結(jié)果

對上述理論進行仿真，雷達參數(shù)設(shè)置如下:發(fā)射信號波長0.1 m，脈沖重復(fù)頻率1 kHz，脈沖寬度42μs，帶寬2 MHz，雜波譜采用瑞利分布來描述，假設(shè)在雷達的探測范圍中都有強雜波的影響，而在距離16 km，30 km和80.25 km有3個動目標，其多普勒頻率分別為800 Hz，500 Hz和300 Hz。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 有強雜波影響的目標信號的脈沖壓縮波形圖

從圖3中可以看出，目標完全淹沒在強雜波中，如果僅用上述處理方法，很難檢測出目標信號。

圖4 經(jīng)過最小功率準則的AMTI處理之后的波形圖

通過對圖3和圖4的對比，可以看出，最小功率準則的AMTI處理可以有效地抑制強雜波，較好地檢測出了目標信號。

假設(shè)在雷達的探測范圍里，分別在60 km和93 km處，有兩段雜波區(qū)，其寬度分別為39μs和20μs，其多普勒頻率分別為800 Hz和570 Hz，仿真結(jié)果如下所示。

圖5 有雜波區(qū)的目標信號脈沖壓縮波形圖

圖6 經(jīng)過AMTI處理之后的波形圖

通過圖5和圖6對比可知，在有兩段雜波區(qū)雜波抑制過程中，基于最小功率準則的AMTI處理效果不明顯，而在整個雷達探測范圍里有強雜波的雜波抑制過程中，效果明顯［3］。

通過式(2)看出，通過前一回波與后一回波與系數(shù)W相乘相消來達到抑制雜波的目標的，系數(shù)W的作用相當于將在雜波區(qū)已經(jīng)偏轉(zhuǎn)的相位重新偏轉(zhuǎn)回來，再相消從而抑制雜波。由于雜波是動雜波，假設(shè)兩段雜波區(qū)的多普勒頻率為f1，f2，且均在回波信號的相位上，假設(shè)多普勒頻率給相位帶來的變化為Φ1，Φ2，即在回波信號在的相位分別偏轉(zhuǎn)了Φ1，Φ2。如圖1所示。

圖7 回波信號相位分別偏轉(zhuǎn)Φ1，Φ2

然而如式(5)所示，用前一回波和后一回波所有的點來計算W，假設(shè)W的相位為ΦW，當后一回波與系數(shù)W相乘時，理想狀況是在雜波區(qū)使回波的相位分別偏轉(zhuǎn)Φ1，Φ2，這樣才能在前一回波的相消過程中消去雜波，然而W的求解注定其相位Φw不可能在兩段雜波區(qū)分別為Φ1和Φ2，而只能為一個中間值，所以，得到了圖6的仿真結(jié)果。

要完全抑制雜波，通過上述分析可以得到啟示，如果能在兩段雜波區(qū)分別求出兩個系數(shù)，使其在雜波區(qū)一的相位為Φ1，在雜波去二的相位為Φ2，則在與后一回波相乘時，就可以使相位偏轉(zhuǎn)到所希望的位置，且可通過基于雜波多普勒相位估計補償?shù)姆椒▉砬蠼庀禂?shù)W。

圖8 改進后的雜波抑制波形圖

由圖8可知，改進后的AMTI算法可以較好地抑制雜波，效果良好［4］。

4 結(jié)束語

在雷達接收回波信號的過程中，雜波信號的存在對有用信號的檢測和提取一直起著干擾的作用，所以必須抑制雜波，而動目標顯示(MTI)技術(shù)對靜止雜波有較好的抑制能力［5］，但對動雜波則顯得無能為力，采用自適應(yīng)技術(shù)則可有效抑制動雜波。本文提出了一種抑制動雜波的方法，并且給出了相應(yīng)的Matlab仿真波形，通過仿真波形可以看出，該方法可以有效地抑制雜波［6］。

［1］邱天.自適應(yīng)MTI濾波器的設(shè)計［J］.火控雷達技術(shù)，2006(3):53－56.

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［4］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.3版.西安:西安電子科技大學出版社，2004.

［5］張森，張正亮.Matlab仿真技術(shù)與實例應(yīng)用教程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［6］陶海紅，李明，廖桂生.雷達雜波圖的形成算法及實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代雷達，2002(3):13 －15.

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