恒虚警(CFAR)的FPGA实现一、恒虚警(CFAR)原理:恒虚警率处理技术是雷达信号处理的重要组成部分。雷达信号的检测总是在干扰背景上进行的,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、气象杂波和箔条杂波等都是由天线波束照射区内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,而且还必须有CFAR处理设备。CFAR处理的目的是保持信号检测时的虚警率恒定,这样才能使数据处理处理终端不致因虚警太多而过载。输入信号被送至有(2L+1)个延迟单元构成的延迟线上,D是被检测单元,D的两端各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个参考单元进行处理得到。CFAR检测的自适应门限𝑈0等于背景噪声与杂波强度估计量𝜇̂与一个加权K的乘积,即𝑈0=K𝜇̂,其中加权K是一个仅与恒虚警水平及背景的分布特性有关的量,而𝜇̂与具体的检测方式有关。当调整门限乘子K的大小时,可以改变门限𝑈0的大小,以保证不同工作方式下的检测性能最优,从而控制了恒虚警率的大小。当检测单元D的值大于门限𝑈0,则该信号就被判决为目标信号。根据𝜇̂的计算方式的不同,CFAR检测器分为均值类和有序统计量(OS)类两种典型的检测器,其原理框图分别如图所示。ML类CFAR包括单元平均(CA)CFAR、最大选择(GO)CFAR和最小选择(SO)CFAR等;OS类CFAR包括有序(OS)CFAR、审定平均电平检测器(CM—LD)CFAR、削减平均(TM)CFAR等。ML类CFAR和OS类CFAR中的𝜇̂分别有下式确定:CA—CFAR:𝜇̂=∑𝑥𝑖𝐿𝑖=1+∑𝑦𝑖𝐿𝑖=1GO—CFAR:𝜇̂=max(∑𝑥𝑖𝐿𝑖=1,∑𝑦𝑖𝐿𝑖=1)SO—CFAR:𝜇̂=min(∑𝑥𝑖𝐿𝑖=1,∑𝑦𝑖𝐿𝑖=1)式中:𝑥𝑖,𝑦𝑖为个个单元的参考信号幅度;L为前沿和后沿参考滑窗长度。OS—CFAR:𝜇̂=𝑥𝑖CMLD—CFAR:𝜇̂=∑𝑥𝑖2𝐿−𝑙2𝑖=1TM—CFAR:𝜇̂=∑𝑥𝑖2𝐿−𝑙2𝑖=l1+1式中:𝑥𝑖为各单元的参考信号按幅度由小到大排序后的底i个值;𝑥𝑙1为在各单元的参考信号按幅度由小到大排序后,从最小采样值起的𝑙1个较小的参考单元采样值,𝑥𝑙2为在对各单元的参考信号由幅度由小到大排序后,从最大采样值起的𝑙2个较大的参考单元采样值。由上可知,2L个参考单元构成了计算估计𝜇̂用的数据窗,在每次雷达发射脉冲后,接收机的所有回波数据将从这个数据窗一次滑过,由于参考单元数目有限,均值估计𝜇̂会有一定起伏。参考单元越少,均值估计𝜇̂的起伏越大。为了保持同样的虚警率,必须适当的提高门限(调整K值)。但门限值的提高将降低发现概率,所以需要增加信噪比以保持指定的发现概率。二、恒虚警设计:1、CFAR的MATLAB设计在CFAR实例中,假设目标回波中含有服从瑞利分布的杂波和服从均匀分布的随机噪声,采样目标回波产生1024个数据,并对这些数据进行16位定点化。通过条件比较,剔除回波中的目标信号数据生成只含杂波和噪声的干扰数据。使用源回波数据和干扰数据进行恒虚警处理;1.1实验信号:实验中的回波信号采用了瑞利分布的杂波和均匀分布杂波及与信号叠加,并得到CFAR的MATLAB输出波形:(回波信号)(输出信号)1.2、CFAR的Modelsim仿真:1.2.1CFAR的VerilogHDL设计CFAR电路由目标回波消除电路和恒虚警电路构成;回波消除电路:回波消除电路主要用来消除回波信号,以便后续电路计算噪声平均功率。信号通过此电路后分为两路输出:原信号和回波消除后的噪声信号。020040060080010001200050100150200250020040060080010001200-0.500.511.522.533.5x104时间/msCFAR输出CFAR算法:设计方案:运用移位寄存器实现恒虚警电路功能。模块说明:CFAR.v:运用移位寄存器实现恒虚警电路功能。详细设计:恒虚警电路的设计;CFAR算法测试向量的设计;对CFAR电路初始化复位后,输入预先生成的16位定点回波。数据由MATLAB生成。由MATLAB数据设计test_cfar产生测试向量对cfar进行测试;Modelsim功能仿真:仿真结果:三、体会:本文首先介绍了CFAR的工作原理,特性特点;并对CFAR进行matlab仿真和Modesim仿真,且对两种仿真进行详细的分析;在此次设计过程中,不但对Modelsim的仿真过程有了更全面的了解,同时也熟悉和运用了matlab中的诸多函数;同时设计中也大量的数字逻辑的相关知识,对学过的知识有了更加深刻的理解,对今后的学习发展也有很大的帮助。
本文标题:FPGA实验报告
链接地址:https://www.777doc.com/doc-2872471 .html