雷達(dá)信號(hào)恒虛警率處理方法分析

中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì)91分隊(duì) 趙立志 張富強(qiáng)

雷達(dá)信號(hào)恒虛警率處理方法分析

中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì)91分隊(duì) 趙立志 張富強(qiáng)

本文主要介紹了恒虛警率的常用處理方法、原理以及其評(píng)價(jià)性能的指標(biāo)等,通過(guò)舉例介紹鄰近單元平均恒虛警率處理的方法,分析提出了恒虛警率的性能測(cè)試與損失測(cè)試的方法.

恒虛警率;性能測(cè)試;損失測(cè)試

0 引言

對(duì)于評(píng)價(jià)一部雷達(dá)性能的優(yōu)劣,除了一直備受關(guān)注的威力、精度、分辨率等戰(zhàn)技指標(biāo)外,還應(yīng)更加關(guān)注其抗干擾性能,因?yàn)槔走_(dá)抗干擾措施的優(yōu)劣,直接決定著其作戰(zhàn)效能的發(fā)揮.常見(jiàn)的抗干擾措施主要有副瓣對(duì)消、旁瓣匿影、脈沖壓縮、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、動(dòng)目標(biāo)顯示、脈沖多普勒、恒虛警處理等等,根據(jù)用途和使命的不同,現(xiàn)代雷達(dá)中一般需要采取一種或幾種信號(hào)處理措施.

在雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)時(shí),由于云雨、氣象雜波、海浪雜波等信號(hào)的存在,加上內(nèi)部噪聲的影響,在檢測(cè)門(mén)限較低時(shí),會(huì)使一些無(wú)用信號(hào)超過(guò)門(mén)限,致使接收機(jī)飽和,會(huì)造成虛警率增加,反之,在檢測(cè)門(mén)限較高時(shí),又將造成漏警,采取何種措施,調(diào)整檢測(cè)門(mén)限,在保證虛警率不增加的前提下,又不會(huì)造成漏警,由此恒虛警處理技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生,它即是完成此功能的.

1 恒虛警方法簡(jiǎn)介

在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)中,當(dāng)外界雜波干擾信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),雷達(dá)能自動(dòng)調(diào)整其靈敏度,使雷達(dá)的虛警概率保持不變,這種特性稱(chēng)為恒虛警率特性.恒虛警率簡(jiǎn)稱(chēng)CFAR,是Constant False-Alarm Rate的縮寫(xiě)[1].

表1 常用恒虛警率檢測(cè)一覽表

目前較為常用的恒虛警率檢測(cè)器主要分為三種類(lèi)型,即非參量型恒虛警率檢測(cè)器、瑞利型恒虛警率檢測(cè)器、韋伯型和對(duì)數(shù)正態(tài)型恒虛警率檢測(cè)器.針對(duì)每一種恒虛警率檢測(cè)器的應(yīng)用環(huán)境及特點(diǎn)要求,分別應(yīng)用于不同的恒虛警處理方式中,常用的恒虛警處理方法有二進(jìn)制積累、秩值檢測(cè)器、單元平均恒虛警(CA-CFAR)、單元平均選大恒虛警(GO-CFAR)、單元平均選小恒虛警(SOCFAR)、順序統(tǒng)計(jì)(OS)、修邊的單元平均恒虛警(TM)、Log-T、WH、最優(yōu)線性無(wú)偏估計(jì)恒虛警(BLUE-CFAR)等,每一種處理方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),具體對(duì)比情況如表1所示[2].

2 恒虛警率檢測(cè)原理

在恒虛警率檢測(cè)算法中,若雜波的概率密度已知,就可求出該雜波的虛警概率Pfa.以服從指數(shù)分布的雜波為例,其概率密度為:

其虛警概率Pfa為:

T是檢測(cè)門(mén)限,μ是噪聲或雜波的均值.若令T=μk,則Pfa=exp(-k),k為門(mén)限系數(shù).可以看出,虛警概率只依賴(lài)于門(mén)限系數(shù)k,從而達(dá)到了恒虛警率的目的[3].

3 虛警率檢測(cè)的性能

衡量恒虛警率檢測(cè)的性能,通常依據(jù)如下兩個(gè)主要指標(biāo):

(1)恒虛警率的性能

恒虛警率的性能表明了恒虛警率檢測(cè)失敗在襄陽(yáng)的環(huán)境中時(shí)間所能達(dá)到的恒虛警率水平.

(2)恒虛警率的損失

雷達(dá)信號(hào)經(jīng)過(guò)恒虛警率處理后,為了達(dá)到原信號(hào)的檢測(cè)能力所需的信噪比的增加量.

下面以瑞利分布條件下的鄰近單元平均恒虛警處理為例,說(shuō)明恒虛警率的性能及其損失.

圖1 鄰近單元平均恒虛警率原理圖

在瑞利雜波條件下,圖1所示電路如要對(duì)不同強(qiáng)度的雜波都能夠起到恒虛警率的作用,則其輸出超過(guò)某一門(mén)限電平的虛警率與輸入雜波的強(qiáng)度應(yīng)無(wú)關(guān).

根據(jù)中心極限定理,任意分布率的相互獨(dú)立的隨機(jī)變量,只要數(shù)目足夠大,其總和的分布近似呈正態(tài)分布.一般認(rèn)為在要求不嚴(yán)格的情況下,求和的數(shù)目不小于7時(shí),上述過(guò)程可以成立.在圖1所示電路里,參考單元數(shù)通常大于8,因此可認(rèn)為選擇輸出變量是正態(tài)分布的.在輸入端為瑞利雜波條件下,利用概率密度函數(shù)、虛警概率函數(shù)等公式計(jì)算推導(dǎo)可得虛假概率如下:

由(3)式可知,虛警概率只是參考單元數(shù)N和門(mén)限k的函數(shù),而與雜波強(qiáng)度σ無(wú)關(guān),因此對(duì)于平穩(wěn)瑞利雜波,圖1所示電路能夠起到恒虛警率作用.

4 恒虛警性能指標(biāo)的測(cè)試

4.1 恒虛警率性能測(cè)試

恒虛警率性能測(cè)試主要是測(cè)試恒虛警電路能否起到恒虛警效果以及效果如何.根據(jù)前面對(duì)恒虛警性能推導(dǎo)的結(jié)論可知,為了測(cè)試?yán)走_(dá)信號(hào)處理機(jī)的恒虛警性能,我們只要記錄其每一采樣點(diǎn)的單元數(shù)和門(mén)限電平的值,然后由計(jì)算出其虛警概率,通過(guò)比較不同采樣點(diǎn)的虛警概率,就可知道其虛警概率是否保持恒定.

4.2 恒虛警率損失測(cè)試

根據(jù)前面對(duì)恒虛警處理性能分析,恒虛警損失的測(cè)試可以采用如下幾種方法:

(1)直接測(cè)量恒虛警電路輸入端的信噪比(S/N)i和輸出端的信噪比(S/N)0,則有:

(2)若不能測(cè)得恒虛警電路輸入端的信噪比,而只能測(cè)得其輸出信噪比,可分別測(cè)得恒虛警電路輸出端的信噪比(S/N)0.和關(guān)閉恒虛警時(shí)其輸出端的信噪比 ,則有:

(3)根據(jù)雷達(dá)在采取恒虛警措施情況下的作用距離和沒(méi)有采取恒虛警措施情況下的作用距離,可以反推出恒虛警損失.

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,雷達(dá)所面臨的環(huán)境越來(lái)越惡劣,雷達(dá)信號(hào)處理已成為改善雷達(dá)性能的最重要手段.雷達(dá)信號(hào)的恒虛警率處理亦是現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理的重要內(nèi)容之一,在雷達(dá)目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)中占有不可或缺的重要地位.虛警概率已成為衡量現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)和處理性能的主要技術(shù)指標(biāo)之一,因此對(duì)雷達(dá)恒虛警性能的測(cè)試具有十分重要的意義.

[1]丁鷺飛,耿富錄,陳建春編著.雷達(dá)原理[M].電子工業(yè)出版社,2009,3.

[2]張鵬洲,龍騰,毛二可.雷達(dá)信號(hào)的恒虛警率檢測(cè)[J].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào),1997(3):7-12.

[3]何友.雷達(dá)自動(dòng)檢測(cè)與恒虛警處理[M].清華大學(xué)出版社,1999.