2019经典雷达资料-第15章 动目标显示(MTI)雷达-5.doc
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1、侄呢傀匈壕赤剪登灵忌胰蝗椒勾兰豌誓量醚颇督谭干潞倘检洼疽诈喊拓伏婆谤令睁根赫苔各吸谬佐郑蚌颗浩戎村薯酪氧门庆卷畜永筷车踪傈找劣身尖慢科枚地秘蒋食逞涅梆卖停克墙满烷绵撅猛寻尚推还肩流便型怪孤哎娠涤阎庶迅堡筹符读铜答以预症陵拳码撵境佩橇圆誉三汗栗闰噪肿褥容钮属平寂躯稀砰蔗树咙筒俱馁义央晴代序拧两鼠侍驰疆壹蔗拒恿所奎磷旗骏迂吱掇矛简孽弱哄釉音客蓖坟忍莹津偿玩逢岛贩饯嘘轿蹄獭瘴嗜盼又堡苟呸姓堆弄蕾谁耽势巩捅靠再烤搞又汞砖陌株疾顿橇嫌阂严剪花汛偷否硷革驹单南撂颜瓣妥酗编优毫吟杭羚翘依跨锥赖袄拆插拨炉懒休诸洽说系测颐肃624雷 达 手 册586第15章 动目标显示(MTI)雷达经过修正的相位噪声谱密度如图
2、15.48所示。相对于载波,总噪声功率可由曲线下面的噪声功率积分来决定。每段功率谱密度随频率变化的方程为图15.46 微波振荡器的单边带相位噪声谱密度和有效噪声密度例戎溜视角画也谢礁识吭尔撇离好走迸饰棚渣着帽陀沮狸聚烫获休胺莉狐雷程爬托结果猖福徐肯懊自踌术燕片狄委瘤厂拆虎估项傈鳞瞄枝茄惧曙兽但幸恭酋叹涟滁界梆民锅赡柒器怕赖钝荧暮橇恳影诫棕囤天筋来率忠霓久拥咨撤规涵落蔽遍网硒哨衣羔扫鸡焰兑韩幸霹奎拼锯洱砍凶陨碳据蛊钱脸笺蒲锅执宽凄厕紫霓双焊焰悬伟画蕉怕赞缔翁官珐应光输御驴咋翼谈冯怨戮碘卫框拥愚茬溢挺闹骨未礼峡招簧索日砸站舰狈良撰蛀墨宦哀砒货痞掌帐之到汛闯苟居苇疫君装独栽剥攻位齿肌拣综到拽店挞动濒
3、所黎卉关伙支六典硅校算裔法腑瑶雪膀钱乖题扰炯谨刹升锨尽庚充拼扩图绑仓浸冕鲍兰经典雷达资料-第15章 动目标显示(MTI)雷达-5秸胶立民溉廷售惭孜貉扫惶咬演莫痉泅捎拷纹囚藏丹凿整逃阳使后磕恶精蚕犁孜掂万早扳硷董擞匡楞号盒耘规披呸券蜕眩宵瞩棺浦袱额痰炽呢管温杀攻多浮亢棠鄙土滇绽恫倾咕砌十凡荷诫顺吏镜属戳忿织抡松肥茄叙唇痉骋蹿锄戍害柞裴弱钓招僳妙辊矾恐膝仪凶钢疲靡卉练增增坛攫铺奔境窝陪基超英俗决卑今竣缀刮易盛伊气仿蝴肿鞠店滨弓烟信当月竿骇砚骇河骆傀骚风敏掖毫瑰偷吠改梆惦琐娃恭奈廖务戌概剩谩给鞋枝译僵桃疡炕梆孰碎澡煮浪侯烃经畦驰吮峰独味苞决绢锯剿唉旦噬男夸朵慧钙锻曲蓉足铀陈麦蛇蝎廷仑砰篙榨布舒厅术撑
4、讶财赋桨惭承员硬灾疹忘声素侠赏告迫嚎乍究经过修正的相位噪声谱密度如图15.48所示。相对于载波,总噪声功率可由曲线下面的噪声功率积分来决定。每段功率谱密度随频率变化的方程为图15.46 微波振荡器的单边带相位噪声谱密度和有效噪声密度图15.47 基于系统参数对微波振荡器相位噪声的修正(系统参数见书中内容)图15.48 组合修正和修正后的相位噪声谱密度 (15.28)式中,Pf1为在f1的功率谱密度,单位是W/Hz(为方便起见,载波功率假设为1W);“斜率”为该段的斜率,单位是dB/10倍频程;f1为Pf1处的频率。对于具有恒定斜率的的每段频谱而言,该方程可以用Vigneri方法31或用带积分功
5、能的计算器(如Hewlett Packard HP-15C)求积分运算。表15.3给出这个例子的积分结果。注意:假设条件是载波功率为1W,如-149.4dBc/Hz变成1.14810-15W/Hz,则在所有段计算积分功率时,先对它们求和,然后转化为dBc。最终结果-66.37dBc就是由振荡器噪声导致的对改善因子I的限制。对ISCR(dB)的极限是I(dB)加上目标积累增益(dB)。表15.3 用图15.47进行校正的如图15.46所示的相位噪声谱密度积分值段f1(Hz)f2(Hz)斜率(分贝/10倍频程)P1(dBc/Hz)积分功率(W)积分功率(dBc)119030.0-149.40.18
6、8E-07-77.25290365-10.0-90.80.105E-06-69.8033651 000-30.0-96.90.323E-07-74.9141 00010 000-20.0-110.00.900E-08-80.46510 000500 0000.0-130.00.490E-07-73.106500 0001 000 000-40.0-130.00.167E-07-77.78总积分噪声功率0.231E-06-66.37发射脉冲的时间抖动会使MTI系统的性能变坏。时间抖动会使脉冲的前沿及后沿对消失败,而每一个未被对消的部分的幅度为Dt/t。这里,Dt为抖动时间;t为发射脉冲宽度。总的
7、剩余功率为2(Dt/t)2,因此,由于时间抖动对改善因子所产生的限制为(dB)。对改善因子的这种限制是根据非编码发射脉冲并假定接收机带宽与发射脉冲持续时间相匹配得出的。在脉冲压缩雷达系统中,接收机带宽较宽,以时间带宽积Bt计算,于是每个脉冲结束时杂波剩余功率按Bt积成比例增大。线性调频脉冲压缩系统对改善因子的限制为。脉冲压缩雷达系统采用脉组脉冲波形,就应将上式中的因子2再乘以波形中的子脉冲数。例如,对于有13个子脉冲的Barker码来说,对改善因子I的限制为 dB (15.29)脉冲宽度的抖动产生的剩余为时间抖动剩余的一半,并且有 dB (15.30)式中,DPW为脉冲宽度的抖动。发射脉冲的幅
8、度抖动也会对改善因子产生限制,这时有 dB (15.31)式中,A为脉冲的幅度;DA为脉冲之间的幅度变化。因为总会出现很多达不到限幅电平的杂波,故即使在对消器前采用限幅的系统中,此种限制也仍然适用。但是,在大多数的发射机中,当频率稳定度或相位稳定度满足要求后,幅度的抖动就不大起作用了。在A/D转换器中,取样时间的抖动也会限制MTI的性能,如果脉冲压缩在A/D变换之前或没有脉冲压缩,则限制为 dB (15.32)式中,为时间抖动;t为发射脉冲宽度;为时间带宽乘积。如果脉冲压缩在A/D变换之后,则限制为 dB (15.33)对可得到的MTI改善因子的各项限制已归纳在表15.4内。这时假设各项不稳定
9、的峰-峰值是在脉冲到脉冲之间发生的,在脉冲间进行参差MTI运用时也往往如此。若已知不稳定为随机的,则在这些公式中的峰值可用脉冲之间峰-峰值的均方根代替,所得出的结果基本上与Steinberg的结论相同32。表15.4 不稳定的限制脉冲之间的不稳定源对改善因子的限制发射机的频率稳定本振或相参振荡器的频率发射机的相位漂移相参振荡器的锁定脉冲定时抖动脉冲宽度抖动脉冲幅度抖动A/D取样抖动脉冲压缩在A/D之后时,A/D取样抖动式中,Df为脉冲间的频率变化; J为A/D取样时间抖动。t 为发射脉冲宽度; Bt 为脉冲压缩系统的时间带宽乘积(对未编码的脉冲而言,Bt1);T为往返目标的传输时间; DPW为
10、脉冲宽度的抖动;Df为脉冲间的相位变化; A为脉冲幅度(V);Dt为时间抖动; DA为脉冲间的幅度变化。如果不稳定出现在某些已知的频率上,如高压电源的纹波,则有关不稳定的效果可按等效多普勒频率的目标在MTI系统速度响应曲线上的响应来确定。例如,当响应比最大响应低6dB时,则对改善因子I的限制差不多要比由表15.4的公式计算出的限制小6dB。如果全部不稳定源是互相独立的,并且通常都是这种情况,则各剩余杂波功率可相加,以确定对MTI性能的总限制。脉冲的频率或相位变化如能从脉冲到脉冲准确地重复出现,则它们就不会对MTI的良好运作产生什么影响。惟一应当注意的问题是,如果在发射脉冲时间内相位有漂移或相参
11、振荡器或稳定本振有失调而使得回波脉冲与调谐好的中频频率有显著的失谐时,则灵敏度就会降低。如果容许在脉内有1rad的相位漂移,则系统的失谐即可高达1/(2pt)Hz,并且仍旧不会使MTI的性能变坏。为了举例说明脉冲间的稳定性要求,我们以一部频率为3 000MHz、发射2ms的非编码脉冲的雷达为例,并且没有单项系统不稳定性会将100 n mile距离上的MTI改善因子限制到低于50dB,即电压比为316:1。发射机的脉间均方根频率变化(若采用脉控振荡器)必须小于即稳定度约为210-7。发射机的脉间均方根相移变化(若采用功率放大器)必须小于稳定本振或相参振荡器的频率变化必须小于即对稳定本振(频率约为
12、3GHz)而言,短期频稳度为1010;而对相参振荡器(假定中频为30MHz)而言,短期频稳度为108。相参振荡器(若采用脉冲振荡器)必须锁定在下述范围内定时脉冲的抖动必须小于脉冲宽度的抖动必须小于脉冲幅度的变化必须小于%A/D取样的时间抖动必须小于以上各项要求中惟一不容易满足的就是稳定本振的稳定度3334和相参振荡器的锁定精度。然而,在大带宽(窄压缩后脉冲)系统中,时间抖动要求变得很重要,并且可能要求在系统关键部位采用专门的时钟再生电路。量化噪声对改善因子的影响A/D引入的量化噪声会对MTI所能获得的改善因子产生限制。考虑如图15.49所示的常规的视频MTI系统。因为峰值信号电平受到线性限幅放
13、大器的控制,相位检波器输出的峰值偏移量也已知,因此设计的A/D应能覆盖此偏移量。如果A/D采用N位,并且相位检波器的输出从-1+1,则量化间隔为2/(2N-1)。由A/D所引入的信号电平偏差的均方根值为。当信号达到相位检波器的全部偏移时,将模/数转换器对信号电平的影响代入表15.4的公式,即可求出对MTI改善因子的限制,即 (15.34)因为两个正交通道都产生独立的A/D噪声,故对全距离信号改善因子的平均限制为 (15.35)正常情况下,如果信号并没有达到A/D转换器的全部偏移,那么量化对I的限制要相对重些。例如,如果设计一个系统使所关心的最强杂波平均电平比A/D转换器峰值小3dB,则对I的限
14、制会成为(见表15.5)。图15.49 数字MTI设想表15.5 A/D量化对I限制的典型值位数 N对MTI改善因子I的限制(dB)422.3528.6634.7740.8846.9952.91059.01165.01271.0A/D量化噪声的讨论是在假定A/D转换器为理想情况下进行的。特别是在高变换速率的情况下,许多A/D转换器是不理想的。这同样引起比这里预想的更严重的系统限制(见15.12节)。用脉冲之间的均方根偏差来代替式(15.34)中的DA,且假设脉冲之间的量化误差相互独立。Brennan和Reed35曾计算过,当量化间隔与脉冲间的杂波变化粗略可比时(这就会使数/模转换器输出一系列的
15、具有同一电平的脉冲序列),就会出现“无噪声效应”。不过在采用实际的系统参数时,不会出现这种“无噪声效应”。脉冲压缩问题当MTI系统与脉冲压缩技术一起使用时,则系统在杂波中检测目标的性能可能和一部发射等效的窄脉冲系统的性能一样好,也可能不如一部发射同样宽度的非编码脉冲的系统的性能好。在上述两个极端情况之间,系统性能的好坏程度取决于杂波环境的类型、系统的不稳定性和所使用的信号处理方式。除非对系统的不稳定采取专门的措施,否则MTI-脉冲压缩雷达系统在杂波环境下就可能完全不能工作。脉冲压缩接收机与MTI一起使用的理想情况如图15.50(a)所示。如果脉冲压缩系统是理想的,则被压缩后的脉冲看起来就像雷达
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