[科普中国]-MTI雷达

MTI雷达，是动目标检测雷达。该类型雷达利用动目标带给回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标1，使用MTI滤波器滤除背景杂波。

简介MTI雷达是雷达的种类之一。动目标检测雷达。该类型雷达能够抑制杂波保留目标信号。对MTI雷达进行了仿真，并利用参差重频消除盲速影响，讨论了MTI雷达参差比取不同的值对盲速的影响。

雷达MTI和MTD简述早期的MTI(动目标显示)雷达性能不高，其改善因子一般在20dB，这是由于多方面原因造成的，如锁相相参系统的高频性能稳定性不够，采用模拟延迟线是通常只能做一次相消而且其性能不稳定，这时MTI滤波器的抑制凹口宽度不能和杂波频谱宽带相"匹配"，从而导致滤波器输出杂波剩余功率较大等结果。

依靠信号处理的潜在能力再加上合理的系统配合，MTI的性能还可以进一步提高和改善：

1、增大信号处理的线性动态范围；

2、增加一组多普勒滤波器，使之更接近与最佳滤波，提高改善因子；

3、能抑制地杂波(其平均多普勒频移通常为零)且能同时抑制运动杂波(比如气象、鸟等)；

4、增加一个或者多个杂波图，可以起到帮助检测切向飞行大目标的作用。

做了上述改进的系统称为动目标检测(MTD，MovingTargetDetention)系统，以区别于只有对消器的MTI(MovingTargetIndication)系统。2

原理MTI雷达利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。在脉冲雷达系统中，这一多普勒频移表现为相继返回的雷达脉冲间回波信号的相位变化。假设雷达所辐射的射频脉冲能量被一幢楼房和飞向雷达站的一架飞机所反射。反射回波需经一定的时间方能返回雷达。雷达又发射第二个射频脉冲，楼房反射的回波信号仍将经历完全相同的时间后返回。但是从飞机反射回的信号所经历的时间却稍微少一些，这是因为在两个发射脉冲之间，飞机已向雷达的方向靠近了一段距离。回波信号返回雷达所需的准确时间并不重要，但脉冲间时间是否变化却很重要。时间的变化（对飞机目标而言，数量级为几个毫微秒）可以用回波信号的相位与雷达基准振荡器相位之间加以比较来确定。如目标在脉冲间发生移动，则回波脉冲的相位就会发生变化。2

MTI雷达的诞生与发展MTI(Movingtargetinidcation)是动目标显示的缩写，动目标显示雷达这个术语通常指的是能够提供模糊速度和无模糊距离目标数据并用延迟线对消滤波器从不动的背景中区分出动目标的系统。虽然早在第二次世界大战中使用的CPS一50雷达就采用了延迟线对消滤波器技术，但MIT雷达的广泛使用与迅速发展则是五、六十年代以后的事情。从1965年的越美战争开始，飞机人侵、空袭的方式逐渐由原来的高空向中空、低空演变，以致发展到今天的超低空人侵方式。过去飞机之所以采用高空侵人、空袭，主要是为了躲避地面高炮的攻击。而50年代以来发展起来的地空导弹则弥补了高炮的缺陷，就连飞行在两万米高空的U一2飞机都难以躲过地空导弹的攻击。

要理解这种演变，就必须从雷达的工作方式谈起。由雷达发射机产生的脉冲电磁能，经收发转换开关后传输给天线，由天线将此电磁能以电磁波的形式定向辐射于大气中。电磁波能在大气中以光速传播，如果目标恰好位于定向天线的波束内，则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各方向散射，其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线收集到这部分散射的电磁波后，就经传输线和收发开关馈给接收机。接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息(如目标斜距、方位角等)，并将结果送至终端显示器显示出来。当飞机采用低空侵人时，目标周围的背景(如地物、海浪等)将会和目标一样反射电磁波。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，一般来说，其运动速度远较目标为小。这些背景产生的回波称为杂波。

当杂波和运动目标回波在雷达显示器上同时显示时，会使目标的观察变得很困难。如果目标处在杂波背景内，弱的目标淹没在强杂波中，特别是当强杂波使接收机系统产生过载时，发现目标将变得十分困难。为使雷达能在强杂波中发现并提取目标信息，雷达设计师们想起了100多年前就已发现的多普勒效应。虽然目标回波和杂波在时间域上难以区分，但由于目标的速度远大于背景的速度，目标回波的多普勒频移将远大于背景的多普勒频移，从而可在频率域区分开目标与杂波，基于这种思想，雷达设计师们在原来雷达的基础上加上特殊的滤波器，滤去杂波而取出运动目标的回波，从而大大改善了雷达在强杂波背景上检测运动目标的能力，并导致MIT雷达的诞生。

MIT雷达一诞生就显示出强大的生命力，现在军事上使用的雷达几乎都具有MIT功能。正是因为有了MIT技术，才使得机载预警雷达成为可能。近10多年来，机载雷达如何检测地面低速目标(汽车、坦克等)已变成雷达界的一个热门研究领域，新的MIT技术(如空时自适应处理STAP等)将会陆续投人使用。2

MTI雷达的最小可检测速度雷达在探测运动目标时经常会受到杂波的干扰，为了检测运动目标，必须对杂波进行抑制。动目标显示(MTI)雷达的任务就是抑制杂波干扰，显示运动目标。对于地面脉冲雷达，由于地物杂波相对于雷达是静止的，而运动目标相对于雷达是运动的，因此地物杂波在相位检波器中输出的是等幅脉冲串，而运动目标回波输出的是幅度受到多普勒频率调制的脉冲串，所以通过相邻周期回波信号相减的方法，就可以消除地物杂波而保留运动目标信号，这样就达到了抑制地物杂波显示运动目标的目的。对于MTI雷达而言，在不考虑盲速和频闪的情况下，目标的径向速度越大，其多普勒频率就越高，越有利于检测；目标的径向速度越低，其多普勒频率就越低，越不利于检测。因此，对于MTI雷达的测速性能，人们更关心的是最小可检测速度(MDV)。

我们首先给出MTI雷达速度灵敏度的定义：速度灵敏度表示MTI雷达检测慢速运动目标的能力，能检测的目标速度越小，则雷达的速度灵敏度就越高。MTI雷达的速度灵敏度通常用最小可检测速度MDV表示。当运动目标的速度不小于MDV时，MTI雷达就能(以一定的发现概率和虚警概率)正常检测出这个目标；如果运动目标的速度低于MDV，则运动目标就会被杂波淹没，不能被可靠地检测出来。由MTI雷达速度灵敏度的定义可知，MDV主要受杂波限制，因此要想提高速度灵敏度，就必须尽量减小杂波电平，同时使运动目标回波不衰减或衰减很小，这是由MTI滤波器或对消器来实现的。3

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所