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多普勒滤波器组的基本知识(一)

2020.9.28
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

多普勒滤波器组

雷达是如何能够同时检测来自多个不同目标的回波,然后根据多普勒频率的不同进行区别分类呢?从原理上来说是非常简单的,即雷达接收的回波信号通过被称为多普勒滤波器的一组数字滤波器来实现,如下图所示。

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接收的雷达回波信号经过一组并行的滤波器后实现多普勒频率分离。每个滤波器的设计都是为了得到一个较窄的多普勒频带,如图所示。在理想情况下,只有每个滤波器在接收信号的频率落在对应的频带内才会产生输出;

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而实际上由于滤波器旁瓣的原因,可能会在相邻频带内出现信号泄露。如果按照距离/多普勒频率进行排序,则在每个距离单元上进行独立的多普勒滤波处理。

多普勒滤波器组的每个中心频率点从低到高顺序排列,为了使相邻滤波器跨越目标频率时的信噪比损失最小化,滤波器的通带之间总会设计成相互交叠的形式,如图所示。因此,在滤波器组相互交叠的区域都可能会有相邻频率信号的泄露。

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在忽略滤波器旁瓣的条件下,每个滤波器只能够通过某窄带频点的信号,当该信号的频点离滤波器的中心频率越近,输出的信号幅度也越大。为了最小化滤波器输出能量损失,当输入信号频率位于两个相邻滤波器之间时,采用相邻滤波器通带部分交叠的方法。

滤波器带宽

窄带滤波器的选择特性也是在一段持续时间内表现出来的;能够通过滤波器的频带宽度主要与信号的积累时间有关。

正弦信号(即脉冲波形)具有的频谱波形,如图所示。

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滤波器带宽与积累时间之间的关系与以前讨论的方法有一些不同,即:

· 保持滤波器调节系数为常数,按照一定的步进不断改变输入信号的频率;

· 滤波器积累时间控制在积累时间以内,确保信号持续时间至少为积累时间。

通过以上描述的方法,用图形化的手段绘制出窄带滤波器在不同频率点的响应曲线。窄带滤波器的中心主瓣区域是滤波器的通带,主瓣区域的中心频率为滤波器谐振频率。如图所示,滤波器频谱的两个过零点带宽为2除以积累时间。

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为了便于比较,将上图在方位上的尺寸进行了调整,使得二者之间的零点宽度看起来是相同的。需要记住的是,积累时间通常为毫秒量级,而脉冲宽度大约为积累时间的千分之一,在微秒量级上。

如同天线辐射方向图的主瓣一样,滤波器的3dB带宽(即输出功率降低到最大值一半时的宽度)比零点到零点的带宽更有用;与均匀辐射的天线相似,3dB带宽大约是零点到零点带宽的一半。即

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为了达到以上带宽,所应用的信号持续时间至少应当等于积累时间。在实际应用中,滤波器带宽通常是基于最大可用的积累时间来确定的。


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