一种基于相位解缠的MTI雷达测速算法

摘 要

在雷达系统中，目标的速度信息非常有用。它可以提高目标的跟踪精度，可以用于杂波的抑制，也可以用于粗略估计目标的类型，等等。本文利用相位解缠的方法对目标进行测速，并对算法进行优化，大大提高了雷达的测速精度。

【关键词】动目标显示雷达 测速 相位解缠

1 引言

在mti体制雷达中，由于受脉冲数的抑制，滤波器的凹口宽度有限，对气象杂波的抑制效果不佳。

如果能获得目标点的速度信息，则可以利用目标和杂波的速度信息进行点迹过滤，已达到更好的杂波抑制效果。此外，目标的速度信息可以提高目标的跟踪精度，也可以粗略估计目标的类型。

常规的MTI测速方法，有参差解模糊法和中国余数定理算法等，本文利用相位解缠的方法，结合工程的实际数据，对测速方法进行优化，为实际工程应用提供理论基础。

2 基本原理

由于目标相对于雷达的径向移动，导致目标的回波产生如下的多普勒频移：

其中，是目标相对雷达的径向速度，是雷达波长。多普勒频移会体现在目标回波的相位信息中，因此，我们可以利用目标在不同脉冲回波数据的相位信息和各脉冲的周期来计算目标的多普勒频移，进而根据式（1）计算出目标的速度。

本文利用相位解缠的思想对目标进行测速，具体如下。

在MTI工作方式M个参差周期中，第i个脉冲周期表示为。回波信号如下：

其中表示回波幅度，表示回波相位。根据参差的特性，脉冲之间相位关系如下：

相位和时间间隔为已知，可以计算出目标的。由于相位存在模糊，因此计算出的速度也是模糊的。计算过程如下所示：

3 测速精度分析与改进

3.1 测速精度分析

由公式

可知，

，所以相同信噪比条件下，两种重频参差比越大精度越高，重频越低精度越高。

结合某型雷达实际的工作参数分析测速受噪声和杂波的影响。

该雷达采用6脉冲MTI体制，在测速过程中采用脉冲1-3测出一组模糊速度和模糊度，采用脉冲2-4测出另一组模糊速度和模糊度，然后一起解模糊。6种重频按1-3和2-4组合后的脉冲重复周期差值如表1所示：

从表1可以看出第3和第4两种工作重频，由于作用在近区，重频很高，T1-T2很小，因此测量精度较差。第4种重频T1-T2和T2-T3都很小，因此测速精度最差，分析结果如图1所示。

可见，第3和第4种重频受噪声较大。1、2、5、6四种重频在信噪比和信杂比达到20dB时就能达到80%的正确率，而第3和4种重频需要30-35dB的信噪比才能达到同样的测速精度。

3.2 改进方案

对于第3种重频采用第1、第3、第4脉冲和第2、第4、第5脉冲两个组合进行测速，对于第4种重频采用第1、第4、第5脉冲和第2、第5、第6脉冲两个组合进行测速，改进后重频3、4的脉冲重复周期差值如表2所示。

图2所示为改进后测速精度随信噪比的变化情况，可以看出第3和第4种重频采用优化方案之后的测速精度明显改善。

4 仿真分析

本文从杂波的抑制效果来验证测速的效果。

利用上述雷达5月份杂波最强时间段的回波数据，验证测速的效果。利用测得点迹速度信息，进行点迹滤波。

采用优化前的脉冲组合进行测速，效果如图3所示。

结果在较远的区域杂波抑制效果较好，而中间一部分杂波抑制效果较差，剩余点迹较多。

采用优化后的脉冲组合进行测速，效果如图4所示。

优化后，图3（b）中近区圆圈部分得到很好的抑制，这主要是由于重频3、4测速性能改善。

5 结论

通过仿真和实测数据分析可以发现由于参差比的差别，相位解缠测速的方法在对不同的重复周期效果差异较大。实际应用时结合雷达的重复周期参数合理优化，已达到最佳的测速效果。

参考文献

[1]Drary W H.Improved MTI Radar Signal Processor.AD-A010-478.

[2]张贤达.现代信号处理[J].北京：清华大学出版社，1995.

[3]Kostrykin A I.“Wstep do algebuy”，Panstwowe Wydawnictwo Naukowe[J].Warszawa，1984.

作者简介

崔炜程（1985-），男，博士研究生学历。现为南京电子技术研究所工程师。研究方向雷达信号处理。

缪惠峰（1981-），男，硕士研究生学历。现为南京电子技术研究所工程师。研究方向为雷达信号处理。

汪文英（1982-）男，硕士研究生学历。现为南京电子技术研究所工程师。研究方向为雷达信号处理。

作者单位

南京电子技术研究所 江苏省南京市 210039