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动目标显示处理解析一（脉冲对消器）

web 2025/6/26 3:32:59

动目标显示（MTI，Moving Target Indication）是雷达处理中对静止目标或杂波进行过滤，只显示动目标的一种接收处理方式。毫无疑问，在大多数情况下，有相对运动的目标通常是雷达较为关注的目标，更一般的情况是地面或海面的目标如车辆、舰船常常是以静止或几乎静止的地面或海面为背景，雷达在探测这些目标时往往会伴随产生大量的地杂波和海杂波。如图1所示，因此雷达要想从地杂波和海杂波中间有效提取目标必须从一个维度找到目标回波与杂波之间的区别，从而使得目标回波和杂波分离。显而易见的，从多普勒频率的维度，车辆目标相比地面有明显的多普勒频移上的区别，如图2所示。动目标显示处理即是在多普勒频率维度上对地面杂波进行滤除、从而提高目标回波信杂比的一种雷达信号处理方法。动目标显示处理的实现是通过一系列脉冲对消器来完成的。

图1 雷达在地杂波背景下探测运动目标的示意图

图2 地杂波与运动目标回波在多普勒频率维度上的区别

运动目标回波与地杂波的本质区别是多普勒频率上的区别，而该区别可体现在多次回波的相同和差异上。如图3所示，对于地杂波，由于地面相对雷达是静止的，因此从地面反射回来的多个杂波回波均是相同的；而对于运动目标回波，由于多普勒频移和目标位置的移动，从目标反射回来的每个杂波是不同的。因此，通过前后脉冲相减是最直观的利用运动目标回波和地杂波差异性的方法，此种方法即为脉冲对消法。完成此脉冲对消过程的处理单元称为脉冲对消器。

图3 地杂波与目标回波的异同

最基础的脉冲对消器是二脉冲对消器，也称为单阶或一阶相消器。如图4所示。该对消器的数学模型十分简单，即将接收信号 $r(t)$ 与延迟发射重复周期 $T_r$ 后的接收信号 $r\left ( t-T_r \right )$ 进行相减，则二脉冲对消器的输出 $y(t)$ 可表示为：

$y(t) = r(t) - r(t - T_r)$

(1)

图4 二脉冲对消器结构示意图

根据信号与系统的知识，可将输出 $y(t)$ 写成输入信号 $r(t)$ 经过系统响应为 $h(t)$ 的脉冲对消器处理的方式，即：

$y(t) = r(t) \otimes h(t)$

(2)

对应的频域关系可写成：

$Y(F) = R(F)\times H(F)$

(3)

根据公式（1）和Z变换知识可知，系统频域响应为 $H(F)=1-z^{-1}$ 。其中， $z=e^{-j2\pi FT_r}$ ，是离散时间系统的延迟因子，这个离散系统是间隔 $T_r$ 采样的系统， $r(t)$ 和 $r\left ( t-T_r \right )$ 是离散系统间隔 $T_r$ 采样的两个值。注意这里 $F$ 为间隔采样值变化的频率，而并非连续时间值变化的频率 $f$ ，对于连续时间值变化的频率 $f$ 的含义是 $r(t)$ 随连续时间变化的频率，如图5a所示为一连续正弦信号，其在连续时间 $T_a$ 内变换了3次正弦形状，因此该连续值的变换频率 $f=3/T_a$ ；而对于间隔采样值变化的频率 $F$ 的含义是 $r(t)$ 在间隔采样 $T_r$ 的采样值的变化频率，如图5b所示为一间隔采样信号，其在间隔 $T_r$ 采样的5个值按照一个正弦形状进行变化，因此此5个值变化的频率为 $F=5/T_r$ 。

图5 间隔采样值的频率 $F$ 含义示意图

将 $z=e^{-j2\pi FT_r}$ 代入二脉冲对消器的频域响应有：

$H(F) = 2e^{-j\pi FT_r} \cdot \sin(\pi FT_r)$

(4)

如图6所示，为该二脉冲对消器的频域系统响应的幅度特性 $\left |H(F) \right |= \left |\sin(\pi FT_r) \right |$ ，图中很直观的可以看出，当 $F=0$ 时，对消器的频域幅度响应为0，也就是说当目标回波间隔 $T_r$ 采样的值没有变化、是恒定值时对消器输出为0。根据上述目标回波和地杂波的区别可知通过此滤波器可有效出去地杂波信号、保留目标回波信号。