基于Matlab研究陆基雷达MTI改进系数-频率、脉冲重复频率、脉冲数、相干与非相干处理（附源码）

目录

一、MTI 改善系数

二、频率的影响

三、PRF的影响

四、频率和PRF的综合效应

五、MTI 性能限制

5.1 速度误差

5.2 杂波

六、陆基MTI雷达的杂波分析

七、总结

八、程序

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此示例讨论移动目标指示 （MTI） 改进因子，并研究以下因素对 MTI 性能的影响：

• 频率

• 脉冲重复频率

• 脉冲数

• 相干与非相干处理

此示例还引入了限制 MTI 取消的错误源。最后，该示例显示了陆基MTI雷达系统杂波噪声比（CNR）的改进。

一、MTI 改善系数

在高级别上，有两种类型的 MTI 处理，相干和非相干。相干MTI是指发射器在MTI消除器中使用的脉冲数上相干的情况，或者当系统接收器的相干振荡器锁定到发射器脉冲时，也称为接收时相干系统。非相干MTI系统使用杂波样本来建立参考相位，据此检测目标和杂波。

二、频率的影响

使用函数研究频率对 MTI 性能的影响。使用 500 Hz 的脉冲重复频率 （PRF），并分析相干和非相干情况下的 1 至 3 延迟 MTI 消除器。

从结果中可以得出几个结论。首先，对于m = 3和4的情况，对于相同的m，相干和非相干结果之间的差异随着频率的增加而减小。m = 2 情况的结果表明，在较低频率下，改进因子非常相似，但在较高频率下性能会有所不同。其次，增加m可以改善相干和非相干MTI的杂波消除。第三，当PRF保持恒定时，MTI改善因子随频率的增加而降低。最后，对于m = 3和4，相干性能优于非相干性能。

三、PRF的影响

接下来，考虑PRF对MTI滤波器性能的影响。计算 1.5 GHz 时 L 波段频率的结果。

当频率保持恒定时，有几个结果需要注意。首先，对于m = 3和4的情况，相同m的频率增加，相干和非相干改善因子之间的差异增加。m = 2 案例的结果表明，与所调查的大多数 PRF 相比，改善因子非常相似。其次，MTI性能随着PRF的增加而提高。 最后，对于m = 3和4，相干性能优于非相干性能。 

四、频率和PRF的综合效应

接下来，考虑频率和PRF对MTI改善因子的综合影响。这将使系统分析师能够更好地了解整个分析空间。使用 3 延迟消除器执行相干 MTI 系统的计算。

此处显示了与前面提到的相同的行为： 

• MTI 性能随着 PRF 的增加而提高

• MTI 性能随频率的增加而降低

五、MTI 性能限制

MTI 处理基于接收窗口中目标和杂乱平稳性的要求。当连续返回被接收并相互减去时，将消除混乱。任何影响接收窗口内平稳性的效果，无论是雷达内部还是外部，都会导致不完全消除。 各种各样的效果会降低 MTI 消除的性能。示例包括但不限于：

• 发射机频率不稳定

• 脉冲重复间隔 （PRI） 抖动

• 脉冲宽度抖动

• 量化噪声

• 雷达平台或杂波中的无补偿运动

接下来的两节将讨论零速度误差和杂波频谱扩散的影响。

5.1 速度误差

当杂波速度不以零速度为中心时，MTI 性能会下降。这些零速度误差的影响导致MTI改善系数降低，因为在MTI滤波器零点之外存在更多的杂波能量。 考虑雷达在有雨的环境中运行的情况。雨杂波具有非零平均多普勒，因为杂波接近或远离雷达系统。除非检测并补偿雨杂波的运动，否则MTI滤波的取消会更糟。 在本例中，假设零速度以 0 多普勒为中心。研究相干MTI处理案例在-20至20 m/s范围内杂波速度对改进因子的影响。

随着零误差的增加，相干MTI的改善会迅速下降。改善的速率随着（m-1）延迟消除器中脉冲数量的增加而增加。在m = 4的情况下，只有1.1 m/s的轻微偏移会导致3 dB的改善因子损失。 

5.2 杂波

较宽的杂波扩散会导致 MTI 过滤器零点之外的杂波能量增加，从而导致较少的杂波消除。虽然杂波扩散部分是由于杂波散射器的固有运动，但杂波扩散的其他来源可能是由于：

• 采样引起的相位抖动

• 相位漂移，这可能是由于相干本振不稳定造成的

• 无补偿雷达平台运动

考虑杂波扩散对 MTI 改进因子的影响。

从图中可以看出，无论MTI是相干的还是非相干的，杂波扩散的标准差都是MTI改进的一大限制因素。随着杂波扩散的标准偏差增加，MTI改进因子显着降低，直到相干和非相干情况下所有m值的改善降至5 dB以下。 

六、陆基MTI雷达的杂波分析

考虑陆基MTI雷达系统。计算有和没有MTI处理的杂波噪声比。首先，设置雷达和MTI处理参数。

考虑一个低浮雕、树木繁茂的操作环境，杂波蔓延为 1 m/s，平均杂波速度为 0 m/s。计算已定义几何体的掠角的地表反射率。分别使用 and 函数进行物理表面属性和反射率计算。对于此示例，请使用内森土地反射率模型。

接下来，使用函数计算并绘制杂波的雷达横截面（RCS）。垂直线表示地平线。

由于传播路径偏离自由空间，因此在计算中包括杂波传播因子和大气损失。

该函数的基础默认介电常数计算是海水模型。为了更准确地模拟陆地上的传播路径，请使用函数计算植被的介电常数。

 使用函数计算杂波传播因子。在计算中包括植被类型。在更高的频率下，植被的存在会导致额外的损失。

接下来，计算此模拟中的大气损失。假设默认标准大气。使用函数执行计算。 

使用函数计算 CNR，并在有和没有 MTI 的情况下绘制结果。同样，请注意，当模拟范围接近雷达地平线时，CNR会下降。 

最后，计算MTI改进因子，假设由于真实杂波速度为3 m/s而零速度保持在0 m/s中心而存在零误差。

请注意，由于 MTI 处理，CNR 急剧下降。当零速度设置为杂波速度时，改进为 55 dB。当存在未补偿的运动时，取消降低到 34 dB。这是大约 22 dB 的取消损失。这表明需要适当补偿运动或将零点引导到适当的速度。 

七、总结

此示例讨论 MTI 改进因素，并调查对 MTI 性能的多种影响。使用该函数，我们看到 MTI 性能

• 随着PRF的增加而改善

• 随着频率的增加而降低

• 随着 （m - 1） 延迟消除器中脉冲数量的增加而改进

此外，我们看到相干MTI的性能通常优于非相干MTI。最后，我们研究了陆基MTI雷达系统背景下MTI性能的局限性，表明需要适当补偿意外的杂波速度。

八、程序

使用Matlab R2022b版本，点击打开。

 

打开下面的“LandBasedRadarMTIImprovementExample.mlx”文件，点击运行，就可以看到上述效果。

 

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