雷达恒虚警率技术的实用分析
雷达原理笔记之恒虚警概率检测
雷达原理笔记——恒虚警概率检测 H1 恒虚警概率检测技术是雷达设计过程中经常涉及到的问题。 由于噪声的存在，雷达在探测目标时不可避免地会出现虚警情况。而这种虚警概率的高低则是反应雷达探测性能的重要指标。“恒虚警检测”顾名思义就是在保证虚警概率一定的情况下，尽可能高的提高发现概率。 上图是，雷达设计过程经常用到的一个概率分布图。一般来说，噪声都是服从0均值的高斯分布，其包络服从瑞利分布。目标和噪声的包络服从莱斯分布（Rice分布）或者广义瑞利分布。横坐标是对噪声电平归一化的回波信号电平（目标和噪声的包络电压）。 图中与纵坐标平行的虚线是雷达接收机的信号检测门限值，高于门限电平接收机认为接收到的是目标信号，判为有目标存在。因此在图中可以直观看到，在虚线右边，信号和噪声的包络电压概率分布曲线和横坐标轴所围成的面积是对应的发现概率；而在虚线右边，噪声的包络电压概率分布曲线和横坐标轴所围成的面积是对应的虚警概率。因此，提高检测门限，发现概率P d减小；降低检测门限，虚警概率P fa 增大。因此，在实际设计过程中，需要根据具体使用情景权衡考虑。 需要注意的是： 1. 噪声电平的包络的概率密度曲线是对噪声电平归一化后的，对所有的雷达设计均适用。 2. 图像的横坐标不是实际的雷达接收机检测信号所设置的信号电平。而是在确定虚警概率和检测信 噪比门限U R/σ后，再根据雷达实际的噪声电平得到信号检测对应的实际信号电平门限。 设信噪比检测门限实际雷达的噪声电平则信号电平门限值为： 实际设计中雷达接收机的噪声基底不同，造成不同的原因主要有： 1. 接收机带宽不同 2. 接收机内部噪声温度不同 易混淆点： 提高雷达的检测门限，不影响接收机前端的噪声系数。（这两个是毫不相关的概念）
基于FPGA的恒虚警(CFAR)算法
基于FPGA 的恒虚警（CFAR ）算法设计与实现 日期： 2015年10月 作 者: 学 号： 学院(系): 电子工程与光电技术学院 专 业: 电磁场与微波技术 题 目: 基于FPGA 的恒虚警（CFAR ）算法 设计与实现 指导老师：
摘要 (1) 1 引言 (2) 2 CFAR算法原理与算法模型 (3) 2.1 ML类CFAR (3) 2.2 OS类CFAR (5) 3 CA-CFAR算法设计与实现 (7) 3.1 CFAR的Verilog HDL设计 (9) 总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
摘要 恒虚警率（CFAR）处理技术是雷达信号处理的重要组成部分。通过CFAR 处理，可以保持信号检测时的虚警率恒定，从而使数据处理终端不致因虚警太多而过载。本文简要介绍了恒虚警率(CFAR)的基本原理，重点研究了ML类CFAR 算法中的单元平均恒虚警（CA-CFAR）的检测算法，并针对这种算法提出了一种基于FPGA的恒虚警模块的设计思想，然后利用软件仿真，对设计方法的可行性进行了验证。 关键词：恒虚警率；FPGA；仿真
1 引言 雷达信号的恒虚警率检测问题一直是雷达信号处理领域中的重要研究课题，受到广泛关注。雷达信号的检测总是在干扰背景下进行的，干扰包括接收机内部的热噪声，以及地物、雨雪、海浪等杂波干扰。其中，地杂波、海杂波和箔条杂波等都是由天线波束照射区内的大量散射单元的散射信号叠加而成。在杂波干扰中提取信号，不仅要求有一定的信噪比，而且还必须由CFAR处理设备。CFAR处理技术是在雷达自动检测系统中给检测策略提供检测阈值，并且使杂波和干扰对系统的虚警概率影响最小化的一种信号处理算法。 雷达恒虚警(CFAR)检测的实际检测性能与其参考背景单元的分布有很大关系。当参考背景单元为均匀分布时,经典的单元平均CA-CFAR可以获得最佳的检测性能。CA-CFAR检测能够根据参考窗内的信号的特性,自适应调整检测门限,虚警概率较低。但在多目标干扰环境下,CA-CFAR的检测性能会随着干扰点的增加而迅速下降。有序统计OS-CFAR检测是一类基于有序统计量的CFAR检测方法,它具有良好的抗脉冲干扰能力,因此在多目标干扰环境下相对均值类CFAR检测有一定优势。但由于排序运算量大、实时性不高,所以很难达到工程实用的要求。 实现CFAR处理，传统方案是采用DSP加软件的方法实现，即用通用DSP 芯片构造硬件处理机平台，通过编写软件实现CFAR算法。这种方案对于距离分辨率不高的宽脉冲雷达来说，是一种简单可行的方法，但对于窄脉冲雷达，由于距离维采样频率很高，要求处理机硬件平台提供超高的运算速度，FPGA以其高处理速度成为实现FPGA算法的一种好的选择。 2 CFAR算法原理与算法模型 恒虚警（CFAR）算法是在雷达自动检测系统中给检测策略提供检测阈值，并且使杂波和干扰对系统的虚警概率影响最小化的一种信号处理算法。输入信号被送到由（2L+1）个延迟单元构成的延迟线上，D是被检测单元，D的两侧各L个单元为参考单元。而杂波背景和噪声能量是通过对检测单元D周围2L个参考单 U等于背景噪声与杂波强度估计量 ?元进行处理得到。CFAR检测的自适应门限
基于恒虚警门限的雷达信号检测技术
基于恒虚警概率（CFAR ）的雷达回波目标检测技术 1、恒虚警检测技术 恒虚警检测基于纽曼—皮尔逊准则，即在保持虚警概率一定的条件下，使检测概率达到最大。假设检波器输出为(n)Z ()Z n = （1） 其中(n)I 与(n)Q 为I 、Q 两路相干积分后的结果，忽略信号由于频差，码相位误差以及数据跳变造成的相干累积增益衰减，则在信号存在时服从莱斯分布，只有噪声时服从瑞利分布错误！未找到引用源。。假设检波器输出的值为v ，信号不存在时瑞利分布的概率密度函数为 ()2 2 22,0 ,0n v Ray n v e v f v v σσ-??≥=??
2 22()t t n fa Ray v v p f v dv e σ∞ - ==? （4） 由式（4）可以得出门限t v 和恒虚警率fa P 的关系为t v =设定一个固定的虚警概率，一般为10-6已有或估计出当前噪声的功率，就可以得到门限值t v 使虚警概率恒定。此时，信号的检测概率为 ()( ) 222 /202 2t n t d Ric v v A v n n n p f v dv v Av e I dv A Q σσσσ∞ ∞ -+=?? = ????= ??? （5） 式（5）为Marcum Q 函数，难以计算结果，对于虚警概率较小的情况，可使用高斯分布函数进行近似 n n A A Q F σσ??≈- ?? （6） 其中()F x 可由下式给出 22 ()x F x d λλ-=? （7） 公式（7）的近似结果较好，计算也比较简便，在实际中常用。但是对于恒虚警概率较高的情况，得到的近似结果较差。 课程设计要求 （1）根据噪声功率、虚警概率，设置检测门限，并统计虚警概率，比较与理论值是否一致； （2）固定信噪比，统计信号检测概率，得到信噪比与检测概率曲线，比较与理论值是否一致。 参考文献： [1] 何友, 关键, 孟祥伟,等. 雷达自动检测和CFAR 处理方法综述[J]. 系统工程与电子技术, 2001, 23(1):9-14.
基于DSP的雷达信号恒虚警处理算法的实现
https://www.360docs.net/doc/564294278.html, 基于DSP的雷达信号恒虚警处理算法的实现 孟凡志， 索继东，于川 大连海事大学信息工程学院（116026） E-mail: derek_1981@https://www.360docs.net/doc/564294278.html, 摘 要：雷达信号的恒虚警率(Constant False Alarm Rate, CFAR)处理技术是现代雷达信号处理的重要内容之一，在雷达目标自动检测中占有不可或缺的重要地位。CFAR处理技术的理论研究已取得丰硕成果，而更重要的是将CFAR研究的理论成果有效的应用到实践领域。随着微电子技术的迅猛发展，大规模、大容量、高速度元器件的出现，尤其是高性能数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)的出现为雷达信号处理算法的实现奠定了基础。本文首先讨论了杂波背景下雷达信号恒虚警率处理的原理，然后介绍了一种性能优越的CFAR检测器(OSCAGO—CFAR)，并着重阐述了基于高性能数字信号处理器TMS320C6416实现杂波背景中OSCAGO—CFAR处理的方法和实际测试结果。 关键词：数字信号处理器，恒虚警率，雷达信号，TMS320C6416 1.引言 雷达信号的恒虚警率(CFAR)处理是现代雷达信号处理的基本任务，在雷达目标自动检测中占有不可或缺的重要地位。而雷达信号的检测总是在干扰背景上进行的(这些干扰包括接收机内部的热噪声，以及地物、雨雪、海浪等杂波干扰)，从干扰中提取目标信息，不仅要求有一定的信噪比，而且必须有恒虚警处理设备，恒虚警处理的目的是保持信号检测时的虚警概率恒定，并保证干扰对系统的虚警概率影响最小。 随着微电子技术的迅猛发展，大规模、大容量、高速度元器件的出现，尤其是高性能数字信号处理器(DSP)的出现和数字信号处理技术在雷达信号处理中的广泛应用，如何在高性能数字信号处理器上高效地实现雷达信号处理算法成为雷达信号处理领域中的重要研究课题，一直受到人们的极大关注。本文阐述了雷达信号的恒虚警处理问题，并基于高性能数字信号处理器TMS320C6416实现了瑞利杂波分布下的雷达信号恒虚警处理。 2.杂波背景下的雷达信号恒虚警处理方法和原理[1] [2] [3] [4] 在进行雷达信号恒虚警处理时，根据处理对象的不同分为慢门限恒虚警和快门限恒虚警。慢门限恒虚警主要针对接收机内部噪声，采用噪声电平恒定电路；快门限恒虚警则针对于杂波环境下的雷达自动检测，采用邻近单元平均(CA-CFAR)[2]、两侧参考单元有序统计(Order Statistics-CFAR，OS-CFAR)[3]、两侧参考单元平均选大(Greatest of CFAR，GO-CFAR)[4]等方法。 接收机内部噪声求模前为高斯噪声，高斯噪声检波后振幅为瑞利分布。另外，在低分辨率的脉冲雷达中，雨雪、地物及海浪等分布的杂波可以看作很多独立照射单元回波的叠加，因而杂波包络的分布也接近瑞利分布。这样分布的特性和噪声相类似，得到恒虚警的途径也相同，就是要求得瑞利分布的平均值估值，然后用它对输出取归一化。 - 1 -
CFAR
摘要 雷达恒虚警技术，是雷达设计的关键技术之一。本论文主要研究了各种恒虚警处理器在多种检测场景的性能分析以及对比。根据高斯白噪声通过平方律检测器为指数分布的信号模型，仿真产生了目标遮蔽场景，杂波边缘场景。通过单元平均恒虚警的算法，分析了单元平均恒虚警处理器在上述场景中的性能，研究了一些改进的处理器算法。针对目标遮蔽效应，设计了单元平均选小恒虚警处理（SOCA CFAR）、审核式恒虚警处理器（Audit CFAR）、排序式恒虚警处理器（OS CFAR）。针对杂波边缘效应，分别研究了单元平均选大恒虚警处理器（GOCA CFAR）、开关式恒虚警处理器（Switching CFAR）。完成了算法编程及其评估。验证了恒虚警算法的有效性和正确性。研究了一种综合的处理方法VI CFAR处理器，完成了其在杂波边缘场景和目标遮蔽场景和其他处理器的对比分析，验证了这种处理的优点。 关键词恒虚警；检测场景；杂波边缘效应；目标遮蔽效应；单元平均；恒虚警处理器
Abstract Radar CFAR technique, is one of the key technology of radar design.This paper mainly studies the various kinds of CFAR processors performance analysis and comparison of detecting scene. Under Gaussian white noise through the square-law detector for signals of the exponential distribution model, and obscured targets the simulation scene, clutter edge scene.Through cell average CFAR algorithms, analysis of cell average CFAR processor performance in the scene above, research a number of improved algorithm for processor. Targeting the shadowing effect, designed the average small selection CFAR processing unit (SOCA CFAR), audit-CFAR processor (Audit CFAR), sort-CFAR processor (OS CFAR). Edge effect for clutter, has studied cell average CFAR processor selection (GOCA CFAR), switch-CFAR processor (Switching CFAR). Completed algorithm programming and its evaluation.Verify the validity and correctness of the CFAR algorithm. Key words Detection of scene Clutter edge effects Target shadowing effects Cell averaging CFAR processor
基于ADSP-TS201的／雷达恒虚警实现
基于ADSP-TS201的／雷达恒虚警实现 2009-09-04 17:55:18 作者：来源：浏览次数：18 文字大小：【大】【中】【小】 1 引言 雷达恒虚警(CFAR-Constant False Alarm Rate)在雷达系统中有着重要的作用和地位。恒虚警处理可以避免杂波变化影响的检测阈值，提高雷达在各种干扰情况下的检测能力。 美国模拟器件公司(ADD的ADSP-TS201处理器具有高速运算能力、可时分复用、并行处理、数据吞吐率高等特点。该处理器片内集成大容量存储器，性价比高，并兼有ASIC 和FPGA的信号处理性能、指令集处理器的高度可编程性与灵活性，适用于高性能、大存储量的信号处理和图像应用。本文主要讨论基于ADSP-TS201的恒虚警实现方法。 2 ADSP-TS201简介 ADSP-TS201采用超级哈佛结构，静态超标量操作适合多处理器模式运算，可直接构成分布式并行系统和共享存储式并行系统。ADSP-TS201的主要性能指标如下： 最高工作主频600 MHz(1.67 ns指令周期)； 支持IEEE浮点格式32 bit数据和40 bit扩展精度浮点格式。同时支持8／16／32／64 bit 的定点数据格式； 允许128 bit的数据、指令和I／O端口访问，内部存储器带宽33.6 GB／s； 32 bit的地址总线提供4 G的统一寻址空间； 14通道的DMA控制器支持硬件和软件中断，支持优先级中断和嵌套中断； 4个全双工LINK端口支持最达500 MB／s的传输速度； JTAG仿真接口允许多片DSP仿真。 3 ADSP-TS201与TS101性能比较 ADSP-TS201与ADSP-TS101相比，主要在运行速度、存储器结构和链路口结构上有差别，如表1所列。通过比较可以看出ADSP-TS201的性能比较好，故选用ADSP-TS201实现雷达恒虚警检测。
雷达恒虚警研究1.
雷达恒虚警研究 摘要： 本文对雷达CFAR处理方法进行了综述 ,讨论了CFAR检测方法的方向:参量和非参量的 CFAR方法。明确了空域 CFAR 处理的概念，并着重讨论了空域 CFAR 处理研究中 ML类、OS 类和自适应 CFAR 算法。也简单介绍了时域CFAR处理和非参量CFAR处理的方法。并且提到了分布式CFAR检测 ,阵列信号 CFAR处理 ,极化 CFAR处理等极具潜力的研究方向。最后针对几种典型的恒虚警检测算法的性能、优缺点进行了讨论。 关键字： 参量和非参量CFAR 空域CFAR 时域CFAR ML-CFAR OS-CFAR 自适应CFAR 性能分析
Title： Method and Principle of Radar signal CFAR Abstract： This paper reviews on the radar CFAR processing method, the direction of CFAR method for detection: parametric and non-parametric CFAR method. Make a clear concept of the spatial CFAR processing. And discusses the class ML, class OS and adaptive CFAR algorithm of the spatial CFAR. Also simply introduced the time domain CFAR processing method and non-parameteric CFAR processing. And mentioned the distributed CFAR detection, array signal processing of CFAR, research direction of polarization CFAR processing potential. Finally, the performance and advantages and disadvantages of several typical CFAR detection algorithm are discussed. Keywords： parametric and non-parametric CFAR spatial CFAR time domain CFAR ML-CFAR OS-CFAR adaptive CFAR performance analysis
利用单元平均恒虚警检测器检测雷达信号
利用单元平均恒虚警检测器检测雷达信号 摘要：恒虚警方法就是采用自适应门限代替固定门限，而且此自适应门限能随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小自适应地调整。在杂波背景下，由于信号是非同态的，有时还是时变的，所以采用单元平均恒虚警检测器检测雷达信号。 关键字：雷达信号检测恒虚警概率检测概率 0 引言 在现代雷达信号处理中，为了提高雷达的性能，首先需要提高检测器输入端的信噪比及信干比，其措施是降低接收机的噪声系数，采用各种抑制杂波和抗干扰的措施等。但是即使采用了上述方法，检测器输入端还会有噪声、杂波和干扰的剩余分量。由于接收机内部噪声电平因模拟器件的影响而缓慢时变，杂波和干扰剩余也是时变的，且在空间非均匀分布，所以仍需要采用各种恒虚警方法来保证雷达信号检测具有恒虚警特性。 杂波在空间的分布是非同态的，有些还是时变的，不同区间的杂波强度也有大的区别。因而杂波背景下的恒虚警检测器与噪声背景下的恒虚警检测器有着明显的差别，其杂波的平均值只能通过被检测点的邻近单元计算得到。所以采用单元平均恒虚警检测器。 1 恒虚警检测的概述 目前常用的雷达信号的恒虚警处理分为两大类，即噪声环境的恒虚警处理和杂波环境的恒虚警处理。 噪声环境的恒虚警处理适用于热噪声环境。杂波环境的恒虚警处理既适用于热噪声环境，也适用于杂波干扰环境。由于杂波环境的恒虚警处理存在恒虚警损失，所以目前的雷达信号恒虚警处理一般都有两种处理方式，根据干扰性质自动转换。 横虚警率处理器主要有两个性能指标：（1）恒虚警率性能，表明了恒虚警率处理器在相应的环境中实际所能达到的恒虚警率情况；（2）恒虚警率损失，雷达信号经过恒虚警率处理后，为了达到原信号的检测能力所需的信噪比的增加量。 2 单元平均恒虚警检测器的原理