一種基于最小功率準則的自適應MTI濾波器設計

摘要 在雷達接收回波信號過(guò)程中，雜波信號的存在對有用信號的檢測和提取會(huì )產(chǎn)生干擾。因此，必須抑制雜波。文中提出了一種基于最小功率準則的自適應MTI濾波器的設計，通過(guò)仿真波形看出，該方法可以有效地抑制動(dòng)雜波。

現代雷達面臨的任務(wù)日益復雜，這就要求提高雷達在復雜多變環(huán)境中的檢測性能，然而在雷達工作的過(guò)程中，可能會(huì )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(dòng)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(lái)抑制。然而對于頻譜位置有相應多普勒頻移的動(dòng)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的設計思路是使濾波器止帶凹口盡量對準雜波譜的中心頻率。典型的MTI系統通常采用非遞歸的有限沖擊響應(FIR)濾波器來(lái)實(shí)現對雜波的抑制，設輸入信號為x(t)，每級延遲線(xiàn)的延遲時(shí)間為T(mén)r，則MTI濾波器的輸出為

通常用一次對消和二次對消來(lái)作MTI處理，但這樣的處理對靜止雜波有較好的效果，但對動(dòng)雜波的處理則不甚理想。隨著(zhù)自適應信號處理的發(fā)展，可用自適應技術(shù)來(lái)設計最佳濾波器。本文采用最小功率準則，自適應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，當濾波器加權系數為最佳時(shí)，雜波被大量濾出，輸出主要為信號分量。但當權系數不是最佳時(shí)，由于雜波沒(méi)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。

由圖1可以看出

2 多普勒相位估計補償的AMTI方法

基于以上雜波對消方法的缺點(diǎn)，文中介紹了一種基于最小功率多普勒相位系數補償對消的AMTI方法。首先，采用自適應雙門(mén)限進(jìn)行雜波位置的判定，然后對所確定的雜波位置信號進(jìn)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并進(jìn)行雜波的自適應對消，實(shí)現框圖如圖2所示。

3 仿真結果

對上述理論進(jìn)行仿真，雷達參數設置如下：發(fā)射信號波長(cháng)0.1 m，脈沖重復頻率1 kHz，脈沖寬度42μs，帶寬2 MHz，雜波譜采用瑞利分布來(lái)描述，假設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(gè)動(dòng)目標，其多普勒頻率分別為800 Hz，500 Hz和300 Hz。仿真結果如圖3所示。

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

通過(guò)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。

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

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

通過(guò)式(2)看出，通過(guò)前一回波與后一回波與系數W相乘相消來(lái)達到抑制雜波的目標的，系數W的作用相當于將在雜波區已經(jīng)偏轉的相位重新偏轉回來(lái)，再相消從而抑制雜波。由于雜波是動(dòng)雜波，假設兩段雜波區的多普勒頻率為f1，f2，且均在回波信號的相位上，假設多普勒頻率給相位帶來(lái)的變化為φ1，φ2，即在回波信號在的相位分別偏轉了φ1，φ2。如圖7所示。

然而如式(5)所示，用前一回波和后一回波所有的點(diǎn)來(lái)計算W，假設W的相位為φW，當后一回波與系數W相乘時(shí)，理想狀況是在雜波區使回波的相位分別偏轉φ1，φ2，這樣才能在前一回波的相消過(guò)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分別為φ1和φ2，而只能為一個(gè)中間值，所以，得到了圖6的仿真結果。

要完全抑制雜波，通過(guò)上述分析可以得到啟示，如果能在兩段雜波區分別求出兩個(gè)系數，使其在雜波區一的相位為φ1，在雜波去二的相位為φ2，則在與后一回波相乘時(shí)，就可以使相位偏轉到所希望的位置，且可通過(guò)基于雜波多普勒相位估計補償的方法來(lái)求解系數W。

由圖8可知，改進(jìn)后的AMTI算法可以較好地抑制雜波，效果良好。

4 結束語(yǔ)

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