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        一種雙參數(shù)雷達(dá)恒虛警率檢測算法

        2020-11-26 10:54:16楊安東劉艷蘋
        艦船電子對抗 2020年5期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境檢測

        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 揚州 225101)

        0 引 言

        現(xiàn)代雷達(dá)信號檢測系統(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。同時此種算法對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,驗證了這種算法的可行性。

        1 算法實現(xiàn)

        雷達(dá)接收機(jī)輸入信號由雷達(dá)回波信號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),且與信號不相關(guān)。帶通中頻濾波器的輸出為信號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,系統(tǒng)就檢測到一個目標(biāo),決策假設(shè)可以寫為[3]:

        (2)

        虛警概率Pfa定義為在雷達(dá)接收信號中只有噪聲出現(xiàn)時信號r(t)的一個樣本超過門限電壓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)計方式[4]??驁D如圖1所示。

        圖1 恒虛警算法設(shè)計框圖

        在被檢測單元兩側(cè)各選n個單元,分別求這n個單元的均值,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本身對門限Vt的影響,統(tǒng)計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,檢測單元采樣信號會大幅提高,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個距離單元作為保護(hù)單元,各取n+2個距離單元作為參考單元,分別從n+2個參考單元中刪除2個最大的干擾,各保留n個單元,共2n個參考單元作為估計雜波均值的樣本。

        圖2 參考單元示意圖

        圖3 雙參數(shù)恒虛警算法設(shè)計框圖

        2 仿真分析

        考慮一個16通道單元恒虛警檢測系統(tǒng),采集經(jīng)過動目標(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比圖

        圖5為-40 dBm干擾信號經(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,可大幅度提高信號檢測能力。

        圖5 -40 dBm干擾信號恒虛警檢測門限對比圖

        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,實時計算均值和方差,獲得恒虛警檢測門限,進(jìn)而實現(xiàn)恒虛警檢測功能,具有一定的應(yīng)用前景。

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