雷达CFAR检测

雷达恒虚警率检测1.CFAR检测的概念2.CFAR检测器的类型3.CFAR检测器的实现4.仿真案例主要内容1.CFAR检测的概念雷达在检测目标时，强杂波或干扰会导致雷达出现虚警。虚警会导致雷达使用方采取不必要的应对措施，从而付出一定代价。为此，控制虚警率是雷达检测需要解决的重要问题。雷达除了接收目标信号，还会接收噪声、杂波或干扰信号。这些信号具有随机性，信号的强度时刻在变化。为此，雷达如何根据杂波、噪声这些背景信号自适应调整判决门限以保证雷达具有恒定的虚警概率是雷达CFAR检测的关键。CFAR检测器特性：H0条件下检验统计量的概率密度函数中不包含未知参数。0fPfTHdT虚警概率：检验统计量1.CFAR检测的概念2.CFAR检测器的类型CFAR检测器包括：固定门限检测器自适应门限检测器单元平均CFAR检测器选小CFAR检测器选大CFAR检测器有序CFAR检测器……3.CFAR检测器的实现噪声幅度服从瑞利分布，其概率密度函数为：222exp2xxfxbb白噪声背景下CFAR检测——固定门限检测器2zx令221exp22zfzbb22nPb噪声平均功率2exp2fPfzdzfxdxb噪声平均功率已知时，检测门限定了后，虚警概率就固定了。检测门限：0nnPkTBF雷达噪声平均功率可计算为：玻尔兹曼常数290带宽噪声系数0lnnfkTBFP平方律检波平方律检波比较器比较器匹配滤波输出信号门限检测结果3.CFAR检测器的实现固定门限检测器不同距离段的杂波平均功率是不同的，为了保证虚警概率恒定，需要估计杂波平均功率，然后根据杂波平均功率设置检测门限。相邻单元的杂波平均功率近似相等瑞利分布杂波背景下CFAR检测——自适应门限检测器3.CFAR检测器的实现通过邻近距离单元回波功率来估计待检测距离单元杂波平均功率。将估计的杂波平均功率乘以一个系数作为检测门限。1Lx2LxLx2xx1x2Lxx12L比较器比较器检测结果接收信号待检测单元参考单元参考单元门限单元平均CFAR（CA-CFAR）检测器3.CFAR检测器的实现对数正态分布杂波下的CFAR检测器对数正态分布：2ln1exp22xfxxfPfxdx虚警概率：3.CFAR检测器的实现检测器的实现需要估计杂波幅度均值和标准方差。fx与杂波幅度均值和标准方差有关，x1......xln(.)lnx1lnxL+1......lnxlnx2lnxLlnxL+2lnx2Lx2xLxL+1xL+2x2L12L+_+++________+++++(.)2y1yL+1......yy2yLyL+2y2L12L比较器比较器检测结果2对数正态分布杂波下CFAR检测器3.CFAR检测器的实现参考文献：吴顺君，雷达信号处理和数据处理技术，电子工业出版社估计杂波幅度均值估计杂波方差韦布尔分布杂波下的CFAR检测器韦布尔分布杂波下的CFAR检测器与对数正态分布下的CFAR检测器结构相同。通过取对数、去均值、标准方差归一化处理后，将所得的值与门限进行比较。参考文献：吴顺君，雷达信号处理和数据处理技术，电子工业出版社3.CFAR检测器的实现当参考距离单元内存在一个强干扰目标时，CA-CFAR检测门限会提高，导致信号较弱的目标难以检测。为此，将左右参考距离单元的杂波平均功率单独计算，并取其中较小的估计值作为待检测距离单元杂波平均功率来计算检测门限。这样，可以避免弱目标被漏检。选小CFAR检测5010015020046810121416182022距离单元信号强度(dB)目标门限5010015020046810121416182022距离单元信号强度(dB)目标门限单元平均CFAR检测选小CFAR检测器3.CFAR检测器的实现选小CFAR检测器1Lx2LxLx2xx1x2Lxx1L比较器比较器检测结果接收信号待检测单元参考单元参考单元门限1L选小选小参考文献：邢孟道，雷达信号处理基础，电子工业出版社3.CFAR检测器的实现选小CFAR检测器适用于某一侧临近距离单元存在强目标的场景。当杂波严重不均匀时，采用CA-CFAR检测杂波边缘会产生虚警。为此，将左右参考单元的杂波平均功率单独计算，并取其中较大的估计值作为待检测距离单元杂波平均功率来计算检测门限。这样，可以降低虚警。选大CFAR检测CA-CFAR检测选大CFAR检测器3.CFAR检测器的实现050100150200250300-50510152025距离单元信号强度(dB)目标非均匀杂波门限050100150200250300246810121416182022距离单元信号强度(dB)目标虚警门限1Lx2LxLx2xx1x2Lxx1L比较器比较器检测结果接收信号待检测单元参考单元参考单元门限1L选大选大选大CFAR检测器3.CFAR检测器的实现参考文献：邢孟道，雷达信号处理基础，电子工业出版社选大CFAR检测器适用于非均匀杂波场景当参考单元内存在多个强干扰目标时，多个目标的存在会导致估计的杂波平均功率过高，从而抬高检测门限、导致漏警。这时，我们将各参考距离单元回波功率进行排序，选取中间某个值作为待检测距离单元杂波平均功率来计算门限。这样就可以避免多个干扰目标对检测门限的影响。324mL123…mm+1…2L杂波功率目标信号有序CFAR检测器3.CFAR检测器的实现1Lx2LxLx2xx1x2Lxx排序器排序器比较器比较器检测结果接收信号待检测单元参考单元参考单元门限选第m个选第m个有序CFAR检测器3.CFAR检测器的实现有序CFAR检测器适用于存在多个强干扰目标的场景。4.仿真案例1、杂波背景下雷达CFAR检测性能仿真条件：杂波幅度服从瑞利分布，平均功率为50，参考距离单元数为32，虚警概率为10-2，蒙特卡洛仿真次数为5000次。4.仿真案例02468100.20.30.40.50.60.70.80.91信杂比(dB)检测概率CA-CFAROS-CFARCA-CFAR和OS-CFAR均能保持虚警率恒定，两种检测器检测性能相当。1、杂波背景下雷达CFAR检测性能024681000.010.020.030.040.050.06信杂比(dB)虚警概率CA-CFAROS-CFAR2、假目标+杂波背景下雷达CFAR检测性能仿真条件：杂波幅度服从瑞利分布，平均功率为50，参考单元数为32，左右参考距离单元内各有一个假目标，假目标信号强度是真实目标信号强度的4倍，虚警概率为10-2，蒙特卡洛仿真次数为5000次。4.仿真案例4.仿真案例024681000.10.20.30.40.50.60.70.80.91信杂比(dB)检测概率CA-CFAROS-CFAR2、假目标+杂波背景下雷达CFAR检测性能存在假目标时，OS-CFAR取第24个单元的杂波功率作为杂波平均功率，能够避免假目标信号的影响，故能保持恒虚警特性。但CA-CFAR在估计杂波平均功率时，使用了假目标信号，估计的杂波平均功率过高，从而检测门限过高，导致雷达虚警率和检测概率都严重下降。024681000.010.020.030.040.050.06信杂比(dB)虚警概率CA-CFAROS-CFAR小结CFAR检测的概念CFAR检测器的类型CA-CFAR、SO-CFAR、GO-CFAR、OS-CFARCFAR检测器的实现仿真案例