陆基雷达MTI改善因素

这个例子讨论了移动目标指示(MTI)改善系数和调查以下对MTI性能的影响:

频率
脉冲重复频率(脉冲)
的脉冲数
相干和非相干处理

这个例子还引入了误差来源,限制MTI取消。最后,这个示例显示了改善clutter-to-noise比率(CNR)陆基,MTI雷达系统。

MTI改善系数

在高层,有两种类型的MTI处理、相干和非相干。连贯的MTI是指案件发射机的数量是一致的脉冲用于MTI补偿设备或系统的相干振荡器时接收机与发射机脉冲锁,也称为coherent-on-receive系统。杂波的非相干MTI系统使用样本建立参考阶段目标和杂波的检测。

MTI改善因子 $我_{米}$ 被定义为

$我_{米} = \frac{C_{我}}{C_{o}}$ ,

在哪里 $C_{我}$ 杂波功率到接收器和 $C_{o}$ MTI处理后的混乱力量。

频率的影响

调查使用的频率对MTI性能的影响mtifactor函数。使用脉冲重复频率(脉冲)的1 - 500赫兹和分析通过3-delay MTI将相干和非相干情况。

%设置参数m = 2:4;%的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备频率= linspace (1 e9, 10 e9, 1000);%频率(赫兹)脉冲重复频率= 500;%脉冲重复频率(赫兹)%初始化输出numM =元素个数(m);numFreq =元素个数(频率);ImCoherent = 0 (numFreq numM);ImNoncoherent = 0 (numFreq numM);%计算MTI改善系数与频率为我= 1:numM%的结核杆菌感染ImCoherent (:, im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”,真正的);%不相干的结核杆菌感染ImNoncoherent (:, im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”、假);结束%绘制结果helperPlotLogMTI (m,频率,ImCoherent ImNoncoherent);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题频率和MTI改善,包含频率(GHz), ylabel MTI改善系数(dB)包含6行类型的对象。这些对象是一致的,m = 2,非相干,m = 2,连贯,m = 3,非相干,m = 3,连贯,m = 4,非相干,m = 4。

有几个外卖的结果。首先,相干和非相干的结果之间的差异随频率增大而减小的m m = 3和4例。m = 2例的结果表明,改善系数较低频率非常相似,但性能发散在更高的频率。第二,增加m提高杂波相干和非相干MTI的取消。第三,当脉冲重复频率保持不变,MTI改善系数随频率增大而减小。最后,对于m = 3和4,连贯的性能比无粘聚力的性能。

脉冲重复频率的影响

接下来,考虑脉冲重复频率的影响在MTI滤波器的性能。计算结果为l波段频率为1.5 GHz。

%设置参数m = 2:4;%的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备频率= 1.5 e9;%频率(赫兹)脉冲重复频率= linspace (100、1000、1000);%脉冲重复频率(赫兹)%计算MTI改善系数与脉冲重复频率为我= 1:numM ImCoherent (:, im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”,真正的);ImNoncoherent (:, im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”、假);结束%绘制结果helperPlotMTI (m,脉冲重复频率,ImCoherent ImNoncoherent,脉冲重复频率(赫兹)”,脉冲重复频率和MTI改善的);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题脉冲重复频率和MTI改善,包含脉冲重复频率(赫兹),ylabel MTI改善系数(dB)包含6行类型的对象。这些对象是一致的,m = 2,非相干,m = 2,连贯,m = 3,非相干,m = 3,连贯,m = 4,非相干,m = 4。

频率保持不变时,要注意有几种结果。首先,相干和非相干改进因素之间的差异增加频率的增加同样的m m = 3和4例。m = 2例的结果表明,改进的因素是非常相似的脉冲重复频率的多数调查。第二,MTI性能改善与提高脉冲重复频率。最后,对于m = 3和4,连贯的性能比无粘聚力的性能。

结合频率和脉冲重复频率的影响

接下来,考虑频率和脉冲重复频率的联合效应MTI改善系数。这将允许一个系统分析员为了更好地了解整个分析的空间。执行一个连贯的MTI系统的计算使用3-delay消除器。

%设置参数m = 4;%的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备频率= linspace (1 e9 10 e9,100);%频率(赫兹)脉冲重复频率= linspace (100、1000、100);%脉冲重复频率(赫兹)%初始化numFreq =元素个数(频率);numPRF =元素个数(脉冲);ImCoherentMatrix = 0 (numPRF numFreq);%计算相干脉冲重复频率和MTI改善系数%的频率为ip = 1: numPRF ImCoherentMatrix (ip:) = mtifactor (m,频率,脉冲重复频率(ip),“IsCoherent”,真正的);结束%绘制结果helpPlotMTImatrix (m,频率,脉冲重复频率,ImCoherentMatrix);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题的MTI改善,m = 4,包含频率(GHz), ylabel脉冲重复频率(赫兹)包含一个对象类型的表面。

注意,相同的行为如前所述所示:

MTI性能改善与提高脉冲重复频率
MTI性能随频率增大而减小

MTI性能限制

MTI处理是基于目标和杂波平稳性的要求在接收窗口。当连续收到回报和另外一个相减时,混乱是取消了。任何影响,无论是内部还是外部的雷达、抑制平稳性接收窗口内将导致不完全取消。

各种各样的影响可以减少MTI性能的取消。例子包括但不限于:

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
无报酬的运动在雷达平台或混乱

接下来的两个小节将讨论零速度错误和杂波频谱的影响蔓延。

零速度错误

MTI性能下降时,杂波速度不是集中在零速度。这些零速度错误结果的影响在减少MTI改善系数自MTI滤波器零以外的更多的混乱能量的存在。

考虑的情况下雷达在雨的环境操作。雨杂波有一个非零的平均多普勒杂波的方法或消退的雷达系统。除非雨杂波的运动检测和补偿,MTI滤波的取消将会更糟。

在这个例子中,假设一个零多普勒速度为0。研究对改善系数给定的杂波速度的影响范围-20 - 20 m / s的连贯的MTI处理情况。

%设置参数m = 2:4;%的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备clutterVels = linspace (-20、20100);% MTI零速度(米/秒)nullVel = 0;%真实杂波速度(米/秒)频率= 1.5 e9;%频率(赫兹)脉冲重复频率= 500;%脉冲重复频率(赫兹)%初始化numM =元素个数(m);numVels =元素个数(clutterVels);ImCoherent = 0 (numVels numM);ImNoncoherent =南(numVels numM);%计算MTI改善系数为我= 1:numM为4 = 1:numVels ImCoherent (iv, im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”,真的,“ClutterVelocity”clutterVels (iv),“NullVelocity”,nullVel);结束结束%绘制结果nullError = (clutterVels - nullVel)。”;helperPlotMTI (m, nullError ImCoherent ImNoncoherent,“零失误”(米/秒),“MTI改善零速度错误”);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题MTI改善零速度错误,包含零误差(米/秒),ylabel MTI改善系数(dB)包含3线类型的对象。这些对象是一致的,m = 2,连贯,m = 3,连贯,m = 4。

连贯的MTI经验减少快速改善作为零误差增加。改善遭受的速度增加而增加的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备。如果m = 4,只有轻微的偏移量为1.1 m / s导致损失的改善因子3 dB。

杂波传播

更广泛的混乱导致更多的混乱能量传播以外的MTI滤波器零,从而导致更少的混乱取消。而混乱,部分原因是固有的运动杂波散射,其他杂波传播的来源可以是由于:

由于抽样相位抖动
相位漂移,由于不稳定的本地振荡器
无报酬的雷达平台运动

考虑MTI改善上的杂波传播的影响因素。

%设置参数m = 2:4;%的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备sigmav = linspace (0.1, 10100);%标准差混乱传播(米/秒)频率= 1.5 e9;%频率(赫兹)脉冲重复频率= 500;%脉冲重复频率(赫兹)%计算MTI改善numSigma =元素个数(sigmav);为我= 1:numM为= 1:numSigma ImCoherent (im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”,真的,“ClutterStandardDeviation”sigmav(是));ImNoncoherent (im) = mtifactor (m (im),频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”假的,“ClutterStandardDeviation”sigmav(是));结束结束%绘制结果helperPlotMTI (m, sigmav ImCoherent ImNoncoherent,标准偏差的混乱传播(米/秒),MTI改善与杂波传播的);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题MTI改善和杂波的传播,包含标准偏差的杂波传播(米/秒),ylabel MTI改善系数(dB)包含6行类型的对象。这些对象是一致的,m = 2,非相干,m = 2,连贯,m = 3,非相干,m = 3,连贯,m = 4,非相干,m = 4。

从图可以看出,杂波传播的标准偏差是一个伟大的限制因素的MTI改善无论MTI是相干或非相干。随着杂波传播的标准差增加,MTI改善系数明显下降,直到所有值的改进低于5 dB m在相干和非相干性的情况下。

地面杂波分析,MTI雷达

考虑一个陆基MTI雷达系统。计算clutter-to-noise比率没有MTI处理。

首先,设置雷达MTI处理参数。

%雷达性能频率= 1.5 e9;% l波段频率(赫兹)anht = 15;%的高度(米)ppow = 100年e3;%峰值功率(W)τ= 1.5 e-6;%脉冲宽度(sec)脉冲重复频率= 500;%脉冲重复频率(赫兹)Gtxrx = 45;% Tx / Rx增益(dB)Ts = 450;%噪声图(dB)Ntx = 20;%的脉冲传播% MTI设置nullVel = 0;%零速度(米/秒)m = 4;%的脉冲数(m - 1)延迟补偿设备N = Ntx - m;%的连贯地集成脉冲

考虑一个浅浮雕,树木繁茂的操作环境杂波的传播1 m / s和平均杂波速度为0 m / s。计算地表反射率的放牧角度定义几何。使用landroughness和landreflectivity功能表面的物理属性和反射率的计算,分别。对于这个示例,使用内桑森土地反射率模型。

%杂乱属性sigmav = 1;%标准差混乱传播(米/秒)clutterVel = 0;%杂波速度(米/秒)landType =“森林”;%的表面标准差高度(m),地面坡度(度),%和植被类型[surfht, beta0 vegType] = landroughness (landType);%计算模拟最大射程Rua = time2range(1 /脉冲重复频率);%最大明确的范围(米)Rhoriz = horizonrange (anht,“SurfaceHeight”,surfht);%视野范围(米)RhorizKm = Rhoriz。* 1 e - 3;%视野范围(公里)征求= min (Rua Rhoriz);%最大范围(米)%为模拟生成向量的范围征求Rm = linspace(100年,1000年);%范围(米)Rkm = Rm * 1 e - 3;%范围(公里)%计算土地杂乱反射率使用内桑森的反射率%的模型grazAng = grazingang (anht, Rm,“TargetHeight”,surfht);nrc = landreflectivity (landType grazAng,频率,“模型”,“奈”);nrcsdB = pow2db (nrc);

接下来,计算和绘制雷达截面(RCS)的混乱使用clutterSurfaceRCS函数。垂直的线表示地平线。

%计算方位和仰角波束宽度azbw =√32400 / db2pow (Gtxrx));elbw = azbw;%计算杂乱RCSrcs = clutterSurfaceRCS (elbw, nrc, Rm, azbw grazAng(:),τ);%情节杂乱RCS包括地平线rcsdB = pow2db (rcs);%转换为策划分贝hax = helperPlot (Rkm rcsdB,RCS的,的距离(公里),“杂乱RCS (dBsm)”,“杂波雷达截面(RCS)的);helperAddHorizLine (hax RhorizKm);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题杂波雷达截面(RCS),包含范围(公里),ylabel杂乱RCS (dBsm)包含2线类型的对象,constantline。这些对象代表RCS,视野范围。

自传播路径偏离自由空间,包括杂波传播因子和大气损失计算。

默认的介电常数计算的radarpropfactor函数是一个海水模型。为了更准确地模拟在陆地上的传播路径,计算植被使用的介电常数earthSurfacePermittivity函数。

%计算地表植被的介电常数temp = 20;%环境温度(C)wc = 0.5;%重力水contntepsc = earthSurfacePermittivity (“植物”、频率、温度、wc);

计算使用的杂波传播因素radarpropfactor函数。包括植被类型的计算。在更高的频率,植被的存在会造成额外的损失。

%计算杂波传播的因素Fc = radarpropfactor (Rm,频率、anht surfht,…“SurfaceHeightStandardDeviation”surfht,…“SurfaceSlope”beta0,…“VegetationType”vegType,…“SurfaceRelativePermittivity”epsc,…“ElevationBeamwidth”,elbw);helperPlot (Rkm Fc,“杂波传播的因素”,的距离(公里),…“传播因素(dB)”,…“单向F_C杂波传播因素”);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象标题O n e - W y F_C杂波传播因素,包含范围(公里),ylabel传播因素(dB)包含一个类型的对象。该对象代表杂波传播的因素。

接下来,在这个仿真计算大气损失。假设默认的标准大气。执行计算使用tropopl函数。

%计算大气衰减损失由于水和氧气elAng = height2el (surfht anht, Rm);%仰角(度)元素个数=元素个数(elAng);躺= 0(元素个数,1);Llens = 0(元素个数,1);为ie = 1:元素个数躺(即:)= tropopl (Rm (ie),频率,anht, elAng (ie));结束hax = helperPlot (Rkm躺,“大气损失”,的距离(公里),“损失(dB)”,“单向大气损失”);0.1 ylim (hax [0]);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题单向大气损失,包含范围(公里),ylabel损失(dB)包含一个类型的对象。这个对象表示大气损失。

计算中国北车使用radareqsnr功能和阴谋的结果,没有结核杆菌感染。再次,注意下降在中国北车模拟雷达视野范围的方法。

%计算中国北车λ= freq2wavelen(频率);中国北车= radareqsnr(λ,Rm (:), ppowτ,…“获得”Gtxrx,rcs的rcs,“t”Ts,…“PropagationFactor”足球俱乐部,…“AtmosphericLoss”,躺);coherentGain = pow2db (N);中国北车(cnr + coherentGain;hax = helperPlot (Rkm、中国北车、“中国北车”,的距离(公里),“中国北车(dB)”,“中国北车Clutter-to-Noise比率”);helperAddHorizLine (hax RhorizKm);%计算中国北车与结核杆菌感染我= mtifactor (m,频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”,真的,…“ClutterVelocity”clutterVel,…“ClutterStandardDeviation”sigmav,…“NullVelocity”nullVel)

我= 55.3986

cnrMTI =中国北车- Im;helperAddPlot (Rkm cnrMTI,“中国北车+ MTI”,hax);

最后,计算MTI改善系数假设零误差存在由于真正的杂波速度3 m / s,而零速度仍然集中在0米/秒。

%计算中国北车与零速度误差trueClutterVel = 3;%杂波速度(米/秒)nullError = trueClutterVel - nullVel;%零错误(米/秒)ImNullError = mtifactor (m,频率,脉冲重复频率,“IsCoherent”,真的,…“ClutterVelocity”trueClutterVel,…“ClutterStandardDeviation”sigmav,…“NullVelocity”nullVel)

ImNullError = 33.6499

cnrMTINullError =中国北车- ImNullError;helperAddPlot (Rkm cnrMTINullError,…sprintf (“中国北车+ MTI %。1 f (m / s)零错误”nullError),…hax);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题CNR Clutter-to-Noise比率,包含范围(公里),ylabel CNR (dB)包含4线类型的对象,constantline。这些对象代表中国北车,视野范围,中国北车+ MTI,中国北车+ MTI 3.0 (m / s)零错误。

ImLoss = Im - ImNullError

ImLoss = 21.7488

注意,中国北车明显减少由于MTI处理。当零速度设置为杂波速度,改善是55分贝。当有一个无报酬的运动,取消减少到34分贝。这是一个损失约22分贝的取消。这显示了需要适当补偿运动或引导零到适当的速度。

总结

这个例子讨论了MTI改善因子和调查大量的对MTI性能的影响。使用mtifactor功能,我们看到MTI性能:

改善与提高脉冲重复频率
随频率增大而减小
改善和增加脉冲的数量(m - 1)延迟补偿设备

另外,我们看到,连贯的MTI的性能通常比非相干MTI更好。

最后,我们调查的局限性的上下文中MTI性能陆基MTI雷达系统,显示需要适当地弥补意想不到的杂波速度。

引用

巴顿,大卫·诺克斯。现代雷达的雷达方程。Artech房子雷达系列。波士顿、质量:Artech房子,2013。
理查兹,m·A。,Jim Scheer, William A. Holm, and William L. Melvin, eds.现代雷达原理。罗利数控:科技酒吧,2010。

函数helperPlotLogMTI (m,频率,ImCoherent ImNonCoherent)%用于MTI对数x轴的情节hFig =图;hax =轴(hFig);线型= {“- - -”,“——”,“-”。};numM =元素个数(m);为我= 1:numM semilogx (hax频率。* 1 e-9 ImCoherent (:, im),“线宽”,1.5,…“线型”,线型{im},“颜色”[0,0.4470 - 0.7410),…“DisplayName的”sprintf (“连贯,m = % d '米(im)))持有(hax,“上”)semilogx (hax频率。* 1 e-9 ImNonCoherent (:, im),“线宽”,1.5,…“线型”,线型{im},“颜色”(0.8500 0.3250 0.0980),…“DisplayName的”sprintf (“非相干,m = % d ',m (im)))结束网格(hax,“上”);包含(hax“频率(GHz)”)ylabel (hax“MTI改善因子(dB)”)标题(的频率和MTI改善)传说(hax“位置”,“最佳”)结束函数helperPlotMTI (m x, ImCoherent、ImNonCoherent xLabelStr, titleName)%用于的MTI情节线性单元的轴hFig =图;hax =轴(hFig);线型= {“- - -”,“——”,“-”。};numM =元素个数(m);为我= 1:numM情节(hax x, ImCoherent (:, im),“线宽”,1.5,…“线型”,线型{im},“颜色”[0,0.4470 - 0.7410),…“DisplayName的”sprintf (“连贯,m = % d '米(im)))持有(hax,“上”)如果任何(~ isnan (ImNonCoherent))%不阴谋NaN情节(hax x, ImNonCoherent (:, im),“线宽”,1.5,…“线型”,线型{im},“颜色”(0.8500 0.3250 0.0980),…“DisplayName的”sprintf (“非相干,m = % d ',m (im)))结束结束网格(hax,“上”);包含(hax xLabelStr) ylabel (hax,“MTI改善因子(dB)”标题(titleName)传说(hax“位置”,“最佳”)结束函数helpPlotMTImatrix (m,频率,脉冲重复频率,ImMat)%创建图像的MTI改善因子和频率在x轴上%的脉冲重复频率轴hFig =图;hax =轴(hFig);惠普= pcolor (hax频率。* 1 e-9,脉冲重复频率,ImMat);惠普。EdgeColor =“没有”;包含(hax“频率(GHz)”)ylabel (hax脉冲重复频率(赫兹)”)标题(sprintf (“连贯的MTI改善,m = % d 'hC, m)) = colorbar;hC.Label。字符串=“(dB)”;结束函数varargout = helperPlot (x, y, displayName, xlabelStr, ylabelStr, titleName)%用于中国北车分析%创建新的图hFig =图;hax =轴(hFig);%的阴谋情节(hax, x, y,“线宽”,1.5,“DisplayName的”displayName);网格(hax,“上”);持有(hax“上”);包含(hax xlabelStr) ylabel (hax ylabelStr);标题(hax titleName);ylims =得到(hax,“Ylim”);集(hax,“Ylim”[-100 ylims (2)]);%添加传奇传奇(hax“位置”,“最佳”)%输出轴如果nargout ~ = 0 varargout {1} = hax;结束结束函数helperAddPlot (x, y, displayName, hax)%添加额外的CNR情节情节(hax, x, y,“线宽”,1.5,“DisplayName的”displayName);结束函数helperAddHorizLine (hax val)%添加垂直线显示视野范围参照线(hax val,“——”,“DisplayName的”,的视野范围,“线宽”,1.5);结束