一种用于VTS导航雷达的杂波图恒虚警率处理技术_练学辉

第 33 卷 第 3 期 2013 年 9 月
雷达与对抗 ＲADAＲ ＆ ECM
Vol． 33 No． 3 Sept． 2013
一种用于 VTS 导航雷达的杂波图恒虚警率处理技术
练学辉1 ，丁 春2
（ 1． 海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京 210003； 2． 中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 210003）
不大。当上限 p 降低到 0． 1 时，经过自适应剩余杂波
饱和抑制，在杂波功率估计收敛后，过检测门限的雷达
分辨单元数降低到 250 ～ 300。
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季 飞 等 基于故障树的微波功率组件自动测试系统
指标列表、插件图、测试流程、故障名称提示、维修建议 前景。
等部分。
参考文献：
3-5． ［6］ 柯铭铭，路平． 故障树在无人机发射机故障诊断
中的应 用［J］． 现 代 电 子 技 术，2011，34 （ 19 ） ： 71-74．
达、通信、电子对抗等领域的功率测试都有广泛的应用
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图 3 各个天线周期的杂波功率估计
2. 2 剩余数的比较分析 因子 w 设为 0． 3，杂波功率估计的初始值 x^ 0 取为
图 5 最大比例不同时的计算检测门限的次数
图 6 为过检测门限的雷达分辨单元数。上限 p 取
值为 0． 15、0． 2 和 0． 25 时，在杂波功率估计收敛后，过
检测门限的雷达分辨单元数介于 300 ～ 600，取值相差
A clutter map CFAＲ processing technology for navigation radars in VTS
LIAN Xue-hui1 ，DING Chun2 （ 1． Military Ｒepresentatives Office of Ｒadar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing，
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雷达与对抗
2013 年 第 3 期
常用的拓扑结构是将杂波图单元格的距离宽度和方位
宽度都设为相同。针对不同的应用环境，常需结合实
际情况及距离远近，选择更细致复杂的划分方式，需要
解决好杂波拓扑与环境匹配、工程易用性等问题。在
该 VTS 中，一般在 10 km 左右就有桥梁遮挡或者是航
道弯曲带来的遮挡，实际有效监视距离大约是 10 km，
［1］ 李行 善，左 毅，孙 杰． 自 动 测 试 系 统 集 成 技 术
［M］． 北京： 电子工业出版社，2004．
［2］ 郑新，等． 雷达发射机技术［M］． 北京： 电子工业
出版社，2006．
［3］ 胡明春，等． 相控阵雷达收发组件技术［M］． 北
京： 国防工业出版社，2010．
图 9 测试软件界面
估计，抬 高 检 测 门 限，从 而 可 能 导 致 所 谓 的 自 遮 蔽
效应。
采用以上方法计算出的检测门限，对于 Swerling I
型的目标，采用平方率检波，平均虚警率 P珔FA 和平均检
测概率 P珔D 分别为
∏ P珔FA =
∞ ［1 + αw（ 1 － w） m］－1
m =0
（ 3）
∏ P珔D =
背景环境相对简单。杂波图中所有单元格的距离宽度
设为实际探测区域中绝大多数运动目标回波距离宽度
的 5 倍，方位宽度设为实际探测区域中绝大多数运动
目标回波方位宽度的 3 倍，即可与实际环境较好地匹
配。杂波图单 元 格 过 小，会 以 较 大 的 概 率 产 生“自 遮
蔽”效应； 杂波图单元格过大，可能会同时包含江面、
船只、浮标、桥梁、岛屿等不同类型的回波，导致杂波分
布的改变，导致较大的虚警率或者较大的恒虚警率损
失。本文不考虑杂波图单元格包含桥梁和岛屿的情
况，只考虑杂波图单元格最多包含江面、船只、浮标 3
种回波的情况。
1. 2 杂波功率估计
对于某一杂波图单元格，在第 k 个天线周期扫描
后，首先计算出当前单元格内所有雷达分辨单元上的
平均幅度，记为 xk，杂波功率可以通过简单的一阶递
归滤波器得到。该滤波器的数学形式为
x^ k = （ 1 － w） x^ k－1 + wxk
（ 1）
式中，x^ k 为第 k 个天线周期的杂波功率估计，因子 w
是控制当前扫描周期的平均幅度对杂波功率估计影响 的权值。因子 w 越大，杂波功率估计 x^ k 收敛越快； 反 之亦然。杂波功率估计的初始值 x^ 0 可以取为热噪声
杂波的平均幅度。
1. 3 杂波图格子的检测门限
在第 k 个天线周期，某一杂波图单元格内的检测
门限可以由下式计算得到：
Tk = αx^ k－1
（ 2）
式中 α 是关于检测门限与杂波功率估计的比例系数。
检测门限是基于上一个天线周期的杂波功率估计，而
不包含当前பைடு நூலகம்线周期的扫描数据。如果当前天线周期
该单元格包含目标且参与统计，则将会影响对杂波的
1 杂波图恒虚警率处理模型
杂波图恒虚警率处理一般涉及以下三个重要的方 面，一是杂波图的拓扑结构如何划分，二是每一个杂波 图单元格中的杂波功率如何估计，三是杂波图单元格 中的检测门限如何根据杂波功率设置。 1. 1 杂波图的拓扑结构
杂波图的拓扑结构指对于监视区域如何划分。最
收稿日期： 2013-04-12； 修回日期： 2013-05-10 作者简介： 练学辉（ 1965 － ） ，男，高级工程师，研究方向： 雷达总体技术； 丁春（ 1983 － ） ，男，工程师，硕士，研究方向： 雷达数据 处理。
波图单元格内雷达分辨单元数 N 之比的上限，r 是一
微调增量。当过检测门限的雷达分辨单元数大于 p ×
N 时，将检测门限 Tk 增加 r，再将各过检测门限的雷达 分辨单元与检测门限比较，统计过检测门限的雷达分
辨单元数，直到该数值小于 p × N 为止。其中，微调增
量 r 的取值一般不超过热噪声杂波幅度在最近一段时
Nanjing 210003； No． 724 Ｒesearch Institute of CSIC，Nanjing 210003） Abstract： In view of the features of navigation radars in the VTS，a method of clutter map CFAＲ processing based on adaptive residual clutter saturation suppression is proposed． According to the preset maximum residual proportion，an adaptive adjustment of the detection threshold can be made to suppress the residual clutter saturation． Keywords： VTS； navigation radar； clutter map CFAＲ processing
所示。
图 1 杂波图恒虚警率处理流程图
2 仿真分析
选取某导航雷达含有雨杂波的雷达视频，按照方
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练学辉 等 一种用于 VTS 导航雷达的杂波图恒虚警率处理技术
位 7． 5°、距离 450 m 划分杂波图单元格，以下对于其 中某一单元格应用杂波图恒虚警率处理进行分析。图 2 所示为该单元格中的雷达视频，其中含有一个浮标， 两个运动目标，幅度的最小值为 1900，最大值为 2700。
0引言
船舶交通管理系统 （ Vessel Traffic Services，简 称 VTS） 中的导航雷达一般是固定部署，提供水面船只或 者浮标等目标的点迹或航迹供用户使用。部署于国内 某 VTS 中的导航雷达全天候工作，监视范围从几千米 到几十千米不等，需要处理包括江面杂波、云雨杂波、 地物杂波等在内的各种杂波。对于固定部署的雷达， 常采用各种杂波图技术实现恒虚警率检测。JY-14 雷 达是一部现代三坐标对空监视雷达，采用了多种杂波 图，不仅提供气象杂波的速度图，也提供地杂波的杂波 轮廓图。ASＲ-10SS 是一种用于航管的监视雷达，杂波 图技术在其中的功能包括零频通道切向目标检测、各 频道 CFAＲ 门限控制、控制射频和中频的衰减、提供气 象速度图、滤除固定杂波等。利用经典的杂波图理论， 对于地物杂波的处理可以获得比较理想的效果，但在 某些极端环境下会有较多剩余杂波。例如，当风力较
∞
［1
m =0
+
1
α +
γ珔w（
1
－
w）
m］－1
（ 4）
式中 珔 γ 表示平均的信杂比。
1. 4 自适应剩余杂波饱和抑制
剩余杂波饱和产生的原因是对于杂波功率估计偏
小，或者是式（ 2） 中的比例系数 α 偏小，需要将检测门
限增大，以抑制杂波剩余饱和的现象。
记 p 为预设的过检测门限的雷达分辨单元数与杂
大时，江面波浪会产生服从瑞利分布的杂波。经典的 杂波图理论使用一定时间内杂波功率的均值估计检测 门限，产生较多剩余杂波，导致较大虚警。当剩余杂波 超过一定数量时，会产生饱和现象。有序统计的方法 可以有效解决这类问题，但涉及到单元格内部所有雷 达分辨单元 幅 度 的 排 序，计 算 量 较 大，对 硬 件 要 求 较 高。本文引入自适应剩余杂波饱和抑制技术，可以迅 速判断并解决剩余杂波饱和的问题。
间内的最大变化范围。p 的取值需要通过统计杂波图
单元格中最大可容纳目标所含有的雷达分辨单元数来
确定。采用这种方法增大检测门限，既减少了剩余杂
波，也考虑到了船只的反射功率一般比江面杂波强的