移動ターゲット表示

移動目標表示（MTI ）は、レーダーの動作モードであり、乱反射から目標を識別する。^[1]航空機などの移動物体を見つけ、丘や木などの動かない物体を除外するために使用されるさまざまな技術について説明する。これは、信号の詳細を使用して反射物体の機械的特性を直接決定し、それによって目標が移動しているかどうかに関係なく目標を見つける現代の静止目標表示（STI）技術とは対照的である。

初期の MTI システムでは、一般的に音響遅延線を使用して、受信信号の単一パルスを、放送間の時間 (パルス繰り返し周波数) だけ正確に保存していました。この保存されたパルスは、次に受信されるパルスとともにディスプレイに送信されます。その結果、移動していない物体からの信号が保存された信号と混ざり合って、ミュートされてしまいました。移動したために変化した信号だけがディスプレイに残りました。これらはさまざまなノイズの影響を受けやすく、通常は航空機や船舶の検出など、強い信号にしか役立ちませんでした。

初期のレーダーで使用されていた非干渉性空洞マグネトロンとは対照的に、位相コヒーレントクライストロン送信機の導入により、新しい MTI 技術が導入されました。これらのシステムでは、信号はディスプレイに直接送られるのではなく、まず位相検出器に送られます。静止した物体はパルスごとに位相が変化しませんが、移動する物体は変化します。元のアナログ信号またはビデオの代わりに位相信号を保存し、保存された信号と現在の信号を比較して位相の変化を調べることで、移動するターゲットが明らかになります。この技術はノイズに対する耐性がはるかに高く、さまざまな速度しきい値を選択してさまざまなタイプの動きをフィルタリングするように簡単に調整できます。^[1]

位相コヒーレント信号により、単一の受信信号のドップラーシフトを介して速度を直接測定することもできます。これをバンドパス フィルターに送り、周波数シフトを示さない戻り信号の部分をフィルター処理して、移動ターゲットを直接抽出することができます。これは 1970 年代、特に 1980 年代に一般的になりました。現代のレーダーは一般に、デジタル信号プロセッサによって実行される広範な信号処理スイートの一部として、これらすべての MTI 手法を実行します。MTI は、クラッターの種類と環境の点で特化している場合があり、空中 MTI ( AMTI )、地上 MTI ( GMTI ) など、または組み合わせモードの静止ターゲットと移動ターゲットの表示 ( SMTI )の場合もあります。

MTI レーダーは、範囲の曖昧さを回避するために低いパルス繰り返し周波数(PRF) を使用します。

移動ターゲット インジケータ (MTI) は、連続する 2 つのパルスのサンプリングから始まります。サンプリングは、レーダー送信パルスの終了直後に開始されます。サンプリングは、次の送信パルスが始まるまで継続されます。

次の送信パルスに対して同じ場所でサンプリングが繰り返され、最初のパルスで（同じ距離で）取得されたサンプルが 180 度回転されて 2 番目のサンプルに追加されます。これは、破壊的干渉と呼ばれます。

両方のサンプルに対応する場所で物体が移動している場合、物体から反射された信号は建設的干渉のためこのプロセスを生き残ります。すべての物体が静止している場合、2 つのサンプルは打ち消され、信号はほとんど残りません。

クロスフィールド増幅器などの高出力マイクロ波デバイスは位相が安定していません。各送信パルスの位相は、前の送信パルスや将来の送信パルスとは異なります。この現象は位相ジッタと呼ばれます。

MTI が機能するためには、両方の送信パルスの初期位相をサ​​ンプリングし、静止した物体での信号キャンセルを実現するために 180 度の位相回転を調整する必要があります。

二次的な影響は、ドップラー効果によって位相回転が誘発され、盲速度が生じることです。たとえば、75 m/s (170 マイル/時) で移動する物体は、L バンドで 1 ミリ秒ごとに 180 度の位相シフトを生じます。

${\displaystyle {\text{ドップラー}}=180,000^{\circ }/{\text{s}}=720\left({\frac {75\times 10^{9}}{3\times 10^{8}}}\right)=720\left({\frac {{\text{速度}}\times {\text{送信周波数}}}{C}}\right)}$

送信パルス間のパルス繰り返し間隔が 0.002 秒の場合、MTI プロセスによって位相回転が発生します。これは静止物体と同じであり、システムはこの半径速度で移動する物体を認識できなくなります。 ${\displaystyle 360​​^{\circ}}$

MTI では、ブラインド速度の影響を減らすために 3 または 4 個のパルスが必要です。マルチパルス戦略では、不規則なパルス繰り返し間隔を持つずらしたパルスを使用して、移動する物体での信号のキャンセルを防止します。追加のサンプルに対応するために、合計プロセスは若干異なります。

位相ジッター、ドップラー効果、および環境の影響により、MTI サブクラッター可視性パフォーマンス測定は約 25 dB の改善に制限されます。これにより、約 300 倍小さい移動物体を、より大きな静止物体の近くで検出できるようになります。

サブクラッターの可視性を高めるには、 パルスドップラー信号処理が必要です。

ターゲットは、バイスタティック MTI レーダーに対して、 仰角と方位角で最大範囲を速度で移動しています。${\displaystyle v_{p}}$${\displaystyle R_{\text{max}}}$${\displaystyle EL}$${\displaystyle AZ}$

レーダー ビームがスキャンするたびに、特定の距離で特定のターゲットを検出する確率 (Pd) は、アンテナのサイズや放射する電力量などの要因によって決まります。高電力で放射する大型アンテナは、最高のパフォーマンスを発揮します。移動するターゲットに関する高品質の情報を得るには、Pd を非常に高くする必要があります。

位置精度は、レーダーの位置の確実性、レーダーの指向精度、方位分解能、距離分解能に依存します。長いアンテナまたは非常に短い波長は、優れた方位分解能を提供できます。短いアンテナは、方位誤差が大きくなる傾向があり、信号対雑音比は距離に反比例して変化するため、ターゲットまでの距離が長くなるにつれて誤差が増加します。位置精度は、複数のターゲットがある場合にトラックの破損を防ぎ、道路が多数あるエリアを移動している車両がどの道路を走行しているかを判断できるため、追跡パフォーマンスにとって非常に重要です。

ターゲットの位置精度は、傾斜距離、周波数、および開口長に比例します。

ターゲット距離分解能は、接近して移動する 2 つ以上のターゲットを個別のターゲットとして検出するかどうかを決定します。高性能レーダーでは、高距離分解能 (HRR) と呼ばれるターゲット距離分解能が非常に正確になるため、特定のターゲット (つまり、以前に確認されたターゲット) を認識し、特定のクラス (T-80 戦車など) に分類することが可能になります。これにより、特定の車両または車両グループが交通量の多い場所を移動しているときや、遮蔽により一定期間姿を消しているときでも、より確実に追跡できるようになります。

MDV は、メインローブ クラッターの周波数拡散から生じます。MDV によって、トラフィックが検出されるかどうかが決まります。GMTI レーダーは、ターゲットのドップラー シグネチャを使用してターゲットの速度ベクトルのラジアル成分を検出することにより (つまり、ターゲットの移動成分をレーダー ターゲット ラインに沿って直接測定することにより)、移動ターゲットと地上クラッターを区別する必要があります。このトラフィックの大部分を捕捉するには、トラフィックがレーダーをほぼ接線方向に (つまり、レーダー ターゲット ラインに対して垂直に) 移動している場合でも、システムは非常に遅いラジアル速度を検出する機能を備えている必要があります。ターゲットの速度のラジアル成分がゼロに近づくと、ターゲットはクラッターまたはブラインド ゾーンに入ります。これは次のように計算されます。^{[引用が必要]}

${\displaystyle {\text{MDV}}={\frac {\lambda }{2}}{\frac {4v_{p}}{B}}{\sqrt {\sin ^{2}(AZ)\sin ^{2}(EL)^{2}+\cos ^{2}(AZ)\cos ^{2}(EL)}}}$

この最小速度 (MDV) 未満の速度を持つターゲットは、そのエコーにメインローブのクラッターの戻りから分離するのに十分なドップラーシフトがないため、検出できません。

面積被覆率（単位時間あたりの面積で測定）は、システム電力と開口サイズに比例します。関連する可能性のあるその他の要因には、グリッド間隔、パワーアンプのサイズ、モジュールの量子化、処理されるビームの数、システム損失などがあります。

スタンドオフ距離とは、レーダー システムとそのカバー範囲を隔てる距離です。

カバーエリアのサイズとは、システムが特定の軌道から継続的に監視できるエリアのことです。よく知られている設計原理により、レーダーの最大検出範囲は、アンテナ (レーダーの開口部) のサイズ、アンテナから放射される電力量、およびクラッター除去メカニズムの有効性によって決まります。地球の曲率と地形、植物、建物による遮蔽により、システム高度はカバー範囲の深さを決定するもう 1 つの重要な要因となります。安全な距離から軍団司令官の関心領域と同じサイズのエリアをカバーできることは、効果的で高度な GMTI システムの特徴です。

これは、レーダー ビームが特定のエリアを通過する頻度に相当します。頻繁な再訪問は、レーダーが追跡の連続性を実現する能力にとって非常に重要であり、樹木、建物、またはその他の物体による遮蔽の可能性を減らすことで、ターゲット検出の確率を高めることに貢献します。ターゲットが交通量の多い場所を移動する場合や、道路沿いの木々によって一時的に遮蔽されている場合など、正確な追跡を行うには、再訪問の頻度が高速であることが非常に重要になります。

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