一種雙參數(shù)雷達(dá)恒虛警率檢測算法

楊安東，劉艷蘋，林 鵬

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所,江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)檢測系統(tǒng)中，為了保證一定的發(fā)現(xiàn)概率，一般采取平均選大恒虛警率(CFAR)算法處理[1]。恒虛警率檢測算法是一種比較成熟的雷達(dá)檢測算法，能夠連續(xù)監(jiān)測噪聲和雜波平均電平的變化，及時(shí)調(diào)整檢測門限電平，使其始終保持在最佳檢測門限電平上，保持虛警率概率恒定。同時(shí)此種算法對(duì)雜波邊緣的虛警率有較好的抑制效果，但是在干擾環(huán)境、雜波環(huán)境以及多目標(biāo)環(huán)境中，檢測門限會(huì)大幅提高，使得檢測性能下降。

本文在平均選大恒虛警檢測算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出一種雙參數(shù)恒虛警檢測算法，可以有效提高在干擾環(huán)境、雜波環(huán)境以及多目標(biāo)環(huán)境中的檢測性能，使其檢測概率與噪聲環(huán)境中的檢測概率基本相當(dāng)。通過仿真分析，比較2種檢測算法的檢測性能，驗(yàn)證了這種算法的可行性。

1 算法實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)接收機(jī)輸入信號(hào)由雷達(dá)回波信號(hào)s(t)和雜波噪聲n(t)組成，噪聲均差為ψ。假設(shè)輸入噪聲空間不相關(guān)，且與信號(hào)不相關(guān)。帶通中頻濾波器的輸出為信號(hào)v(t)，可寫成[2]：

v(t)=vI(t)cosω0t+vQ(t)sinω0t=

r(t)cos(ω0t-φ(t))

(1)

式中：ω0=2πf0，為雷達(dá)工作頻率；r(t)為v(t)的包絡(luò)，相位為φ(t)=atan(vQ/vI)，下標(biāo)I，Q分別表示2路正交分量。

當(dāng)r(t)超過門限值Vt時(shí)，系統(tǒng)就檢測到一個(gè)目標(biāo)，決策假設(shè)可以寫為[3]：

(2)

虛警概率Pfa定義為在雷達(dá)接收信號(hào)中只有噪聲出現(xiàn)時(shí)信號(hào)r(t)的一個(gè)樣本超過門限電壓Vt的概率：

(3)

其中：

(4)

由式(4)可知，Vt的大小由噪聲均方差ψ及Pfa決定。

1.1 平均選大恒虛警算法處理

假設(shè)D為檢測單元，恒虛警處理算法中的噪聲均值采用兩側(cè)單元平均選大恒虛警的設(shè)計(jì)方式[4]?？驁D如圖1所示。

圖1 恒虛警算法設(shè)計(jì)框圖

在被檢測單元兩側(cè)各選n個(gè)單元，分別求這n個(gè)單元的均值，兩者選大后輸出，乘以門限系數(shù)K作為自適應(yīng)門限值Vt。為了避免檢測單元D本身對(duì)門限Vt的影響，統(tǒng)計(jì)樣本剔除被檢測單元，再經(jīng)過多通道距離單元恒虛警檢測及多通道選大輸出。

實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)處于干擾環(huán)境、雜波環(huán)境以及多目標(biāo)環(huán)境中時(shí)，檢測單元采樣信號(hào)會(huì)大幅提高，使得檢測門限提高，導(dǎo)致檢測概率的下降。

1.2 雙參數(shù)恒虛警算法處理

以平均選大恒虛警檢測算法為基礎(chǔ)(如圖2所示)，檢測單元兩側(cè)各留1個(gè)距離單元作為保護(hù)單元，各取n+2個(gè)距離單元作為參考單元，分別從n+2個(gè)參考單元中刪除2個(gè)最大的干擾，各保留n個(gè)單元，共2n個(gè)參考單元作為估計(jì)雜波均值的樣本。

圖2 參考單元示意圖

圖3 雙參數(shù)恒虛警算法設(shè)計(jì)框圖

2 仿真分析

考慮一個(gè)16通道單元恒虛警檢測系統(tǒng)，采集經(jīng)過動(dòng)目標(biāo)檢測(MTD)處理后的本地噪聲數(shù)據(jù)和-40 dBm干擾數(shù)據(jù)，干擾信號(hào)分布在濾波器通道8～11。

圖4為本地噪聲經(jīng)過MTD處理后的通道8～11的結(jié)果，①代表改進(jìn)后的雙參數(shù)恒虛警檢測門限，②代表恒虛警處理檢測門限,③代表經(jīng)過MTD處理的噪聲。由圖4可以看出，2種檢測方法的檢測門限基本相當(dāng)。

圖4 本地噪聲恒虛警檢測門限對(duì)比圖

圖5為-40 dBm干擾信號(hào)經(jīng)過MTD處理后的通道8～11的結(jié)果，①代表恒虛警處理檢測門限，②代表改進(jìn)后的雙參數(shù)恒虛警檢測門限,③代表經(jīng)過MTD處理的噪聲，由圖5可以看出，恒虛警處理的檢測門限遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雙參數(shù)恒虛警檢測門限，其影響就是信號(hào)檢測性能下降，而雙參數(shù)恒虛警檢測門限較低，可大幅度提高信號(hào)檢測能力。

圖5 -40 dBm干擾信號(hào)恒虛警檢測門限對(duì)比圖

3 結(jié)束語

仿真結(jié)果證明，雙參數(shù)恒虛警檢測算法可以大幅度提高雷達(dá)在干擾環(huán)境、雜波環(huán)境以及多目標(biāo)環(huán)境中的檢測性能。在實(shí)際應(yīng)用中，雙參數(shù)恒虛警檢測模塊由剔除最大值模塊、串行累加模塊、方差估計(jì)模塊及目標(biāo)判決等模塊組成。該模塊可以充分利用現(xiàn)場可編程門陣列的并行處理優(yōu)勢，采用流水線處理方式，實(shí)時(shí)計(jì)算均值和方差，獲得恒虛警檢測門限，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)恒虛警檢測功能，具有一定的應(yīng)用前景。