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如何同MATLAB分析干扰波形的特性

常用术语“杂波”表示自然环境中客观存在的不需要的回波。通常杂波的功率比目标回波强得多,“扰乱了”雷达工作,使得对目标回波的检测困难。杂波包括来自地面、海洋、天气(特别是雨)、生物等的回波。

图源自网络

雷达要探测的目标通常是运动着的物体,例如空中的飞机和导弹、海上的舰艇、地面的车辆等。但在目标的周围经常存在着各种背景,例如各种地物、云雨、海浪、鸟群等。

这些背景可能是完全不动的,如山和建筑物;也可能是缓慢运动的,如有风时的海浪、地面的树木和植被、鸟群的迁徙等,一般来说,其运动速度较慢。这些背景所产生的回波称为杂波(也称为无源干扰或消极干扰)。

杂波和运动目标回波在雷达显示器上同时显示时,由于杂波功率太强而难以观测到目标。如果目标处在杂波背景内,弱的目标淹没在强杂波中,发现目标十分困难,即使目标不在杂波背景内,要在成片的杂波中很快地分辨出运动目标也是很难的。

区分运动目标和固定杂波的基础是它们在速度上的差别。其机理是利用目标回波和杂波相对雷达运动速度不同而引起的多普勒差异,通过滤波来抑制掉杂波信号,常用方法是动目标显示(Moving Target Indicator,MTI)和动目标检测(Moving Target Detection,MTD)。

雷达在动目标显示和动目标检测过程中可以使用多种滤波器滤除固定杂波而取出运动目标的回波,从而大大改善了在杂波背景下检测运动目标的能力,提高了雷达的抗干扰能力。

为了减少接收的雷达回波中的杂波分量,采用的主要措施有:

  • 把雷达安装在山上,增加雷达天线的倾角,安装防杂波网来阻止杂波进入天线
  • 通过调整雷达天线的波束形式、降低雷达的分辨单元大小,从而减小杂波的功率
  • 在时域采用 CFAR 检测、杂波图来抑制杂波
  • 在频域应用 MTI、MTD 技术,抑制杂波的功率,提高信杂比
  • 地面雷达在低重频工作时,在接收机内采用 STC 抑制近程杂波


MTI_MTD性能指标

雷达通常使用 MTI/MTD 来进行杂波抑制,采用改善因子、杂波衰减、杂波中可见度来描述其性能。


杂波衰减和对消比

杂波衰减(CA)定义为杂波抑制滤波器输入杂波功率和输出杂波功率的比值

有时也用对消比(CR)来表示。对消比定义为:对消后的剩余杂波电压与杂波未经对消时的电压比值。杂波衰减与对消比之间的关系为

对具体雷达而言,可能得到的对消比不仅与雷达本身的特性有关(如工作的稳定性、滤波器特性等),而且和杂波的性质有关,所以雷达只有在同一工作环境下比较它们的对消比才有意义。


改善因子

改善因子()定义为杂波抑制滤波器输出端的信杂比()与输入端的信杂比的比值,

式中,, 和为在所有可能径向速度上取平均的信号功率,为系统对信号的平均功率增益。之所以要取平均是因为系统对不同的多普勒频率,滤波器响应也不同。


杂波中的可见度

杂波中的可见度()是衡量雷达在杂波背景中对目标回波的检测能力的量度。例如杂波中可见度为,表示在杂波比目标回波强倍的情况下,雷达可以检测出杂波中的运动目标。雷达的杂波中可见度越大,则它从杂波背景中检测动目标的能力越强。

杂波中可见度的定义为:雷达输出端的功率信杂比等于可见度系数时雷达输入端的信杂比。在用分贝表示时,杂波中可见度比改善因子小一个可见度系数

实际中可见度系数也就是检测前要求的信杂比。在工程实际中一般比改善因子低,即。

杂波中可见度和改善因子都可用来说明雷达信号处理的杂波抑制能力。但两部杂波中可见度相同的雷达在相同杂波环境中其工作性能可能会有很大的差别。

因为除了信号处理的能力外,雷达在杂波中检测目标的能力还和其分辨单元大小有关。分辨单元越大,也就是雷达分辨率越低,这时进入雷达接收机的杂波功率也越强,为了达到观测到目标所需的信杂比,就要求雷达的改善因子或杂波中可见度进一步提高。

本文参考《雷达系统分析与设计》。

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责任编辑: 鲁达

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