雷達(dá)探測(cè)的目標(biāo)通常是運(yùn)動(dòng)的物體，例如空中的飛機(jī)、導(dǎo)彈，海上的艦艇，地面的車輛等。但在目標(biāo)周圍經(jīng)常存在著各種背景，例如各種地物、云雨、海浪以及敵人施放的金屬絲干擾等。這些背景可能是完全不動(dòng)的，如山和建筑物，也可能是緩慢移動(dòng)的，如海浪和金屬絲干擾，一般來(lái)說(shuō)，其運(yùn)動(dòng)速度較目標(biāo)小。
    當(dāng)雜波和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波在顯示器上同時(shí)顯示時(shí)，會(huì)使目標(biāo)的觀測(cè)顯得困難。如果目標(biāo)處在雜波背景內(nèi)，弱的目標(biāo)湮沒(méi)在強(qiáng)雜波中，特別當(dāng)強(qiáng)雜波使接收系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)載時(shí)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)十分困難。目標(biāo)不在雜波背景時(shí)，要在成片雜波中快速分辨出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波是比較困難的。如果雷達(dá)終端采用自動(dòng)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，則由于大量雜波的存在，將引起終端過(guò)載或不必要地增加系統(tǒng)的容量和復(fù)雜性。因此，無(wú)論從抗干擾或改善雷達(dá)工作質(zhì)量的觀點(diǎn)來(lái)看，選擇運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波而抑制固定雜波背景很重要。
    可以從速度的差別上來(lái)區(qū)分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和固定雜波。由于運(yùn)動(dòng)速度不同而引起回波信號(hào)頻率產(chǎn)生的多普勒頻移不相等，這就可以從頻率上區(qū)分不同速度目標(biāo)的回波，在動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)中使用各種濾波器，濾除固定雜波而取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波，從而大大改善了在雜波背景下檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力．并且可以提高雷達(dá)的抗干擾能力。

1 LabVIEW軟件簡(jiǎn)介
    LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室廣泛接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。
    所有的LabVIEW應(yīng)用程序包括前面板(Front panel)、流程圖(Block diagram)以及圖標(biāo)／連結(jié)器(Icon／connector)3部分。前面板(Front panel)是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制(Control)和顯示對(duì)象(Indicator)；流程圖(Block diagram)提供VI的圖形化源程序，VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征，一個(gè)VI可以作為子程序，稱為子VI(SUBVI)，被其他VI調(diào)用；圖標(biāo)與連接器相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。

2 信號(hào)源產(chǎn)生
    該設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是信號(hào)源的產(chǎn)生。產(chǎn)生一個(gè)正確合理的信號(hào)源直接關(guān)系到后面的一系列有關(guān)雷達(dá)信號(hào)處理的過(guò)程，因此信號(hào)源就顯得十分關(guān)鍵。然而雷達(dá)信號(hào)有很多種，下面分別就等幅線性調(diào)頻信號(hào)、不等幅線性調(diào)頻信號(hào)以及二相碼的產(chǎn)生進(jìn)行介紹。
    1)等幅線性調(diào)頻信號(hào)
    等幅線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為：

    信號(hào)瞬時(shí)頻率可以導(dǎo)出為
   
式中，μ為fi的變化率，它與脈沖寬度τ和τ內(nèi)的頻率變化范圍(又稱頻偏)B的關(guān)系為。
    2)不等幅線性調(diào)頻信號(hào)
    不等幅線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式：

式中，μ為fi的變化率，它與脈沖寬度τ和τ內(nèi)的頻率變化范圍(又稱頻偏)B的關(guān)系。
    3)二相碼
    一般相位編碼(PCM)信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式
   
式中，u(t)=a(t)exp[jψ(t)]為其復(fù)包絡(luò)，ψ(t)是相位調(diào)制函數(shù)，a(t)是幅度調(diào)制函數(shù)或稱為PCM的包絡(luò)。對(duì)二相碼而言，ψ(t)∈{ψk=0，π}或表示為二進(jìn)制序列{Cn=O，1，…，N-1}∈Ck={exp[jψ(k)]=+1，-l}。如果假設(shè)a(t)為矩形函數(shù)(亦可采用調(diào)幅)，即
   
式中，v(t)為所謂子脈沖函數(shù)，τc為子脈沖寬度，N為子脈沖數(shù)或碼長(zhǎng)，τ=Nτc是編碼信號(hào)的持續(xù)期。
    對(duì)于二相的巴克碼序列，其碼長(zhǎng)N、自相關(guān)函數(shù)及主旁瓣比的關(guān)系如表1所示。

3 動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)
    MTI(運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯示)的本質(zhì)含義：基于回波多譜勒信息的提取而區(qū)分為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和固定目標(biāo)。當(dāng)固定目標(biāo)、地雜波與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)處于同一距離單元時(shí)，前者的回波通常比較強(qiáng)，以至于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波被“淹沒(méi)”其中，故必須設(shè)法區(qū)分二者。因固定目標(biāo)回波中的多譜勒頻率為零，慢速運(yùn)動(dòng)的雜波中所含的多譜勒頻移也集中在零頻附近，它們的回波經(jīng)相位檢波后，輸出信號(hào)的相位將不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間作緩慢變化，反映在幅度上則為其幅度不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間作緩慢變化。相反，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波經(jīng)相位檢波后，因其相位隨時(shí)間變化較大，反映在幅度上則為其幅度隨時(shí)間變化較快。因此，若將同一距離單元在相鄰重復(fù)周期內(nèi)的相檢輸出作相減運(yùn)算，則固定目標(biāo)回波將被完全對(duì)消，慢速雜波也將得到很大程度衰減，只有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)得以保留。顯然這樣便可將固定目標(biāo)、慢速雜波與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)別開(kāi)來(lái)。這就是MTI對(duì)消的基本原理。
3．1 雙脈沖對(duì)消
    雙脈沖對(duì)消又稱一次對(duì)消，其對(duì)消公式y(tǒng)(n)=x(n)-kx(n-1)求Z變換則得y(Z)=X(Z)-KZ-1X(Z)，由此得到數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)，將Z=exp(jΩTr)代入數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)得頻率響應(yīng)為
   
3．2 三脈沖對(duì)消
    三脈沖對(duì)消又稱二次對(duì)消，其對(duì)消公式為：y(n)=x(n)-kx(n-1)+x(n-2)，對(duì)其求Z變換則得：Y(Z)=(Z)-KZ-1(Z)+Z-2X(Z)。由此可得到數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)為H(Z)=l-KZ-1+Z-2，將Z=exp(jΩTr)代入得頻率響應(yīng)
   
3．3 盲速處理
    當(dāng)fdTr=n(n=0，1，2，…)時(shí)，對(duì)消器輸出為零，即當(dāng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在對(duì)消器輸出端無(wú)信號(hào)輸出。這里當(dāng)n=0即fd=O時(shí)，對(duì)應(yīng)的固定目標(biāo)無(wú)輸出，這是所希望的。與此同時(shí)徑向速度為零的動(dòng)目標(biāo)回波也會(huì)被抑制，這是不可避免的。但在n=1，2，3…時(shí)，具有這些多譜勒頻率()的目標(biāo)，在對(duì)消器輸出端也沒(méi)有輸出，因此稱對(duì)應(yīng)這些多譜勒頻率的目標(biāo)徑向運(yùn)動(dòng)速度為盲速，記為vro，即。可見(jiàn)盲速是目標(biāo)在一個(gè)重復(fù)周期的位移恰好等于λ／2(或其整數(shù)倍)的速度。這時(shí)相鄰周期重復(fù)周期的回波初相位差△φs。是2π(或其整數(shù)倍)，所以從MTI雷達(dá)相位檢波器輸出的視頻脈沖幅度相等，故對(duì)消后△u=0。

4 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)
    MTD與MTI雖同屬雷達(dá)信號(hào)的頻域處理范疇，但一般意義上說(shuō)，MTD是MTI的改進(jìn)或更有效的頻域處理技術(shù)。實(shí)質(zhì)上，MTD的核心就是線性DMTI加窄帶多普勒濾波器組。實(shí)際情況中，多普勒頻移不能預(yù)知，因此需要采用一組相鄰且部分重疊的濾波器組，覆蓋整個(gè)多普勒頻率范圍，這就是窄帶多普勒濾波器組。
    多普勒濾波器的實(shí)現(xiàn)方法：具有N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器(N個(gè)脈沖和N-l根延遲線)，經(jīng)過(guò)個(gè)脈沖不同的加權(quán)并求和后，可以做成N個(gè)相鄰的窄帶濾波器組。該濾波器組的范圍為0～fr，fr為雷達(dá)工作頻率。橫向?yàn)V波器有N-1根延遲線，每根延遲線的延遲時(shí)間為。設(shè)加在N個(gè)輸出端頭的加權(quán)值為
   
式中，i表示第i個(gè)抽頭；k表示0～(N-1)的標(biāo)記，每個(gè)k值對(duì)應(yīng)不同的加權(quán)值，相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的多普勒濾波器響應(yīng)。由k表示的N個(gè)濾波器組成濾波器組，可寫出橫向?yàn)V波器按上式加權(quán)時(shí)的脈沖響應(yīng)為：
   
    脈沖響應(yīng)的傅里葉變換就是頻率響應(yīng)函數(shù)：
   
    濾波器振幅特性是頻率響應(yīng)取幅值。即
   
    濾波器的峰值產(chǎn)生于sin[π(fT-k／N)]=0或者π(fT-k／N)=0，π，2π，…；當(dāng)k=0時(shí)，濾波器峰值位置為f=0，1／T，2／T，…，即該濾波器的中心位置在零頻率以及重復(fù)頻率的整數(shù)倍，這個(gè)濾波器通過(guò)沒(méi)有多普勒頻移的雜波，因此對(duì)地雜波沒(méi)有抑制能力。然而，它的輸出在某些MTI雷達(dá)中可以作提供雜波地圖之用。這個(gè)濾波器的第1個(gè)零點(diǎn)是當(dāng)上式分子第1次取零值時(shí)，或f=1／(NT)。在第1對(duì)零點(diǎn)之間的頻帶寬度為f=2／(NT)，而半功率帶寬近似為0．9／(NT)。

5 數(shù)據(jù)仿真
    根據(jù)上述提供的等幅線性調(diào)頻信號(hào)模型和巴克碼序列，利用Labview軟件產(chǎn)生相應(yīng)的等幅線性調(diào)頻信號(hào)，三相編碼，五相編碼，七相編碼信號(hào)。根據(jù)MTI和MTD原理，對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行處理。從圖1的仿真結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)MTI處理后，一些固定雜波(目標(biāo)2，目標(biāo)3，目標(biāo)4)經(jīng)過(guò)脈沖對(duì)消，匹配濾波，盲速處理，幅度明顯減少，淹沒(méi)在噪聲中。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)明顯出現(xiàn)在顯示器上。改善因子是衡量MTI雷達(dá)工作質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，定義為輸出信號(hào)雜波功率比和輸入信號(hào)雜波功率比之比值。經(jīng)過(guò)上述MTD濾波器處理后，目標(biāo)凸現(xiàn)。MTD濾波器組中8個(gè)濾波器對(duì)雜波的改善因子分別是(58．6245，58．8137，58．8260，66．8277，68．0534，59．0719，58．5206，57．8894)。表2給出了在給定發(fā)現(xiàn)概率的情況下，使用MTD濾波器前后系統(tǒng)所需的信噪比，可以看出：對(duì)信噪比的要求有所降低，因此可以更好檢測(cè)目標(biāo)。

6 結(jié)束語(yǔ)
    利用固定目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)之間速度的差別，所引起的多普勒頻移不同。根據(jù)在動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)中使用的各種濾波器，去除固定雜波，提取動(dòng)目標(biāo)的回波，能夠大大改善在雜波背景下檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力。仿真結(jié)果顯示出很好的效果，也給出了改善因子與積累脈沖數(shù)之間的關(guān)系?？梢钥闯鯨abVIEW軟件在雷達(dá)信號(hào)處理方面提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，具有強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，使用方便，設(shè)計(jì)出的面板圖直觀，立體感較強(qiáng)。