雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标并测定其位置的。目标周围通常存在着各种干扰背景。雷达信号恒虚警(CFAR, constant false alarm rate)检测的目的就是杂波背景中区分出有用的目标回波。5580
恒虚警(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信号处理算法。Nitzberg将雷达自动检测按照检测阂值的形成方法归纳为:(1)固定阈值;(2)根据外部干扰的平均幅度形成的阈值;(3)在获得了干扰统计分布的部分先验信息基础上形成的阈值;(4)在没有干扰统计分布的先验信息时,为分布自由的统计假设检验所形成的闽值。第一种情况就是固定阈值检测。第二种和第三种情况是自适应阈值的CFAR检测。第四种情况是非参量CFAR检测 。
在确知恒定的白色高斯噪声中,对(最优)固定阈值检测的研究在过去的几十年里已经得到了大量和非常有价值的结果。而对恒虚警的研究只是在近三十年才发展起来的,现在,恒虚警研究已经出现了多个研究方向,并目不断有新的CFAR算法出现。根据杂波分布模型分为:瑞利(Rayleigh)分布,韦布尔(Weibull)分布,对数正态(Lognormal)分布,K分布模型下的CFAR研究;按照数据处理方式分为:参量和非参量CFAR技术;按处理所在的数域分为:时域和频域CFAR研究方法;根据数据的形式分为:标量和向量CFAR技术;根据信号的相关程度分为:相关和不相关信号以及部分相关信号的CFAR方法。此外,还可分为单参数和多参数CFAR技术,单传感器和多传感器分布式CFAR技术,以及其它的一些研究方法 。
由于杂波的参数会在不同的情况下发生变化,如果采用固定门限作为检测门限,这种情况下雷达目标性能会变坏,解决办法是检测门限对杂波变化有适应性。目前,适应性门限确定的方法主要有两种:参量检测恒虚警,非参量检测恒虚警。参量检测恒虚警是指在已知杂波分布的情况下由检测单元两边的数据来估计杂波参数,并根据计算出的参数和杂波概率分布来确定自适应门限。参量检测恒虚警主要包括:邻近单元恒虚警(CA-CFAR),选大恒虚警(GO-CFAR),选小恒虚警(SO-CFAR),有序统计恒虚警(OS-CFAR),剔出平均恒虚警(TM-CFAR)等。非参量检测恒虚警是指通过检测单元与邻近的若干单元以及以前的数据想比较,统计的确定有无信号存在,是在统计意义上的恒虚警,而与杂波分布形式无关。它可以改善参量检测恒虚警在杂波分布未知的情况下恒虚警损失。
从CFAR检测器性能评估的角度来考虑,研究的重点集中在以下儿个方面:
① 均匀高斯背景下的雷达恒虚警检测
假定雷达接收信号中只有高斯噪声或均匀的高斯分布杂波,即接收信号中的噪声杂波分量服从高斯分布,经窄带滤波后其包络服从瑞利(包络检波)或指数(平方律检波)分布,而目标信号分量按Swerling模型也服从瑞利或指数分布。针对这种均匀的高斯环境,已形成一套相对成熟的恒虚警检测理论与方法。按照对噪声与杂波估计方法的不同,先有两种基本的恒虚警检测方法:单元平均CA-CFAR检测和统计排序OS-CFAR检测。分别称为均值(ML)类和OS类CFAR检测。Rayleigh包络均匀杂波是CFAR检测中最基本的杂波环境,设计一个CFAR检测器首先要评估其在均匀杂波背景下的性能。
② 非高斯杂波环境下的雷达恒虚警检测
许多雷达实测的数据表明,对于高分辨率雷达,在小俯视角观测时,地面和海面杂波呈现非瑞利分布。最常用的描述非瑞利包络杂波的统计模型是韦布尔和对数正态模型 。与单参数的瑞利分布不同,韦布尔和对数正态分布都是双参数分布。一个参数是中位数的尺度参数,另一个是表示分布偏斜度的形状参数。而CA-CFAR是一个单参数估计方法。因此,在韦布尔或对数正态包络杂波中使用线性或双门限CA-CFAR检测时,一般假设一个参数是已知的,通常是形状参数。然而,形状参数的时变性也会引起系统虚警率的变化。考虑到形状和尺度参数的变化,要使用另一种检测策略和CFAR技术,文献[2]提出了一种基于对数正态包络杂波的Log-t检测器。对于Weibull分布模型,Weber和Haykin提出了一种双参数OS检测方法,它利用两个OS序值来估计形状和尺度参数,所以称为OSTWO-CFAR 。
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