未知杂波背景下恒虚警检测门限获取方法

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.

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