簡述MTI雷達的工作原理

目標與雷達之間的相對速度產(chǎn)生了傳播頻率的多普勒頻移。我們知道多普勒頻移與目標的徑向速度成正比。因此，對多普勒頻率的測量提供了一種測量徑向速度的方法，該方法比其他方法更準確。

多普勒頻移用于雷達系統(tǒng)應(yīng)用中，優(yōu)點包括將想要的運動目標回波與那些固定目標分離開來，并提取目標的徑向速度等信息。利用該特點的脈沖雷達被稱作動目標指示雷達（MTI）或者脈沖多普勒雷達。

這兩種雷達的物理原理是相同的，但是它們的工作模式有所區(qū)別。例如，MTI雷達使用的脈沖重復頻率較低，利用延遲線消除器將動目標與靜目標分離開來，因此測量得到模糊的多普勒速度和明確的測距。

脈沖多普勒雷達使用的脈沖重復頻率較高，能夠測量得到明確的多普勒速度，但是測距可以是模糊的或者明確的，多普勒信息是由距離門和多普勒濾波器提取的。

一個簡單的連續(xù)波雷達由發(fā)射器、接收器、指示器以及發(fā)射和接收天線組成，如圖1所示。一般而言，連續(xù)波雷達能夠轉(zhuǎn)換成脈沖雷達，如圖2所示，增加一個功率放大器和一個脈沖調(diào)制器，通過開啟和關(guān)閉放大器來產(chǎn)生脈沖。

此處沒有本振，因為參考信號直接從CW振蕩器轉(zhuǎn)移到接收器，同時也作為檢測多普勒頻移的相干參考信號。相干的意思是發(fā)射信號的相位在參考信號中被保留了下來。這種參考信號是相干MTI雷達的顯著特征。

接收到的回波信號與發(fā)射信號在接收器的混頻器中混頻，從而產(chǎn)生差分信號可表示為：

圖3 (a)射頻脈沖串；(b) 多普勒頻率的視頻脈沖串；(c) 多普勒頻率的視頻脈沖串

根據(jù)圖4，可以看出，固定目標的回波信號的振幅不隨掃描次數(shù)發(fā)生變化。但是，連續(xù)掃描時，移動目標的回波信號的振幅將發(fā)生變化。對于某次掃描，如圖4(b)，減去其上一次掃描的結(jié)果，如圖4(c)，從而可以消去固定目標的回波，只留下移動目標的回波信號，如圖4(a)所示。

圖4 MTI雷達的A型顯示器顯示的連續(xù)掃描信號

這種雙極視頻信號對于PPI來說是不夠好的，因為在屏幕上，所有固定目標均顯示為亮斑，移動目標顯示為亮度波動的點。但我們實際需要的是與移動目標有關(guān)的多普勒信息。一種方法是從延遲線消除器中提取相關(guān)信息。延遲線消除器作為一個濾波器，能夠消除固定目標引起的d-c分量，并通過移動目標引起的a-c分量。

在延遲線消除器中，兩次連續(xù)掃描得到的回波信號彼此相減，如圖5所示。在這種情況下，電流信號被延后了一個脈沖周期（脈沖重復頻率的倒數(shù)），并從下一個信號中減去。兩個通道的輸出彼此相減，其結(jié)果也是雙極的。通過全波整流器將其轉(zhuǎn)換成單極視頻信號。

圖5 MTI雷達中延遲線消除器及相關(guān)作用

圖2中，用來說明參考信號的簡易MTI雷達框圖不一定是最典型的MTI雷達。圖6顯示了另一種MTI雷達，包含由穩(wěn)定本振控制的功放模塊。相干MTI雷達的性能特點是發(fā)射信號與接收機中的參考信號必須是相位相干的。相干振蕩器產(chǎn)生的相干參考信號的頻率與接收機中的中頻信號相同。

圖6 帶有功放發(fā)射器的相干MTI雷達

相干振蕩器輸出的頻率需要與本振頻率進行混合，因此其必須是一個穩(wěn)定的本地振蕩器，被稱為穩(wěn)定本振。中頻信號由射頻回波信號與穩(wěn)定本振信號外差產(chǎn)生。穩(wěn)定本振的作用是提供必要的頻率變換，將中頻變換至發(fā)射頻率。

穩(wěn)定本振可能產(chǎn)生的任何相位偏差在接收時都會被抵消，因為產(chǎn)生發(fā)射信號的穩(wěn)定本振，也作為接收器中的本振。參考信號與變換到中頻的回波信號都被注入到相位檢波器。