（信息与通信工程专业论文）机载雷达恒虚警率检测方法研究.pdf

萤防科学技术大学硬究生院博士学位论文 摘要 干扰背景下的恒虚警率( c f a r ) 检测一直是雷达信号处理研究的热点和难点 问题，而机载雷达采用的多工作模式及其所处的复杂的地、海杂波环境使其c f a r 检测面临的困难尤为突出。本文结合某型机载雷达具体体制，系统地研究? 该雷 达在地、海杂波背景下的c f a r 检测问题。主要工作包括： ( 1 ) 分布参数估计算法研究。准确地获取杂波的分布信息是机载雷达最优或 准最优c f a r 检测的基础。针对k 分毒参数最大似然估计求解计算量大的缺点， 本文从算法的估计精度和实现复杂度两个方面对现有的七种基于矩方法的k 分布 参数估计算法进行了比较分析，并证明了几种算法之间的关系，在此基础上提出 了一种基于z f l o g ( z ) 期望的k 分布参数估计算法，该算法网时应用了对数变换和 分数阶矩，因此获得了更高的估计精度。本文同时给如了适宜机载雷达c f a r 检 测应用背景的参数估计算法的选择方案。 ( 2 ) 分布模型辨识方法研究。在分布参数估计的基础上，本文接着对机载雷 达分布模型辨识方法进毒亍了研究。针对常用的c k s q 鬏a 踅检验受样本区闻划分影 响大和k s 检验通用性差的缺点，提出了一种新的杂波分布辨识方法p d f 变换 法，该方法利用了正态分布检验精度高，实现简单的优点，同时，该方法在分布 模型解析表达式已知的情况下即可进行p d f 变换，因此辨识精度和通用性都得到 了较大的提高。随后，分析了各类杂波分布模型的偏度和峰度特征及其它们的相 似性，为杂波分布模型辨识的精度分析提供了理论依据。 ( 3 ) 在分布模型不确定或变化的地杂波环境中，针对基于单一分布模型的 c f a r 检测器信杂比损失较大的缺点，提出了一瓣适应于机载雷达多分布类型杂波 环境的c f a r 检测器一杂波分布检验c f a r ( c t c f a r ) 检测器，该c f a r 检测 器较为准确地利用了背景杂波的分布信息，且同时具有较好的虚警控制能力。接 着，本文针对s 黻i 氇等人提出的v 1 c f a r 检测器在多个干扰冒标同时存在予参考 窗两侧时检测性能下降的不足，提出了一种基于有序统计的可变性指示c f a r ( o s v i c f a r ) 检测器，该c f a r 检测器结合0 s 类算法，同时在多目标干扰、 杂波边缘和均匀背景下获得了较好的检测能力和虚警控制畿力，在实际应期中具 有更强的鲁棒性。 ( 4 ) 海杂波的强相关性是影响c f a r 检测性能的重要因素。本文在对海杂波 相关性模型合理假设的基础上，分析了杂波结构分量空间相关长度不同时， c a - e f a 爻的虚警概率和检测概率在空闻上的分布特性，理论分析和仿真实验结果 表明，c a c f a r 检测器在逼近最优检测时，其参考窗长度应自适应予杂波空间相 关长度的变化。但在实际的c f a r 处理中，结构分量的空间相关长度需要估计获 国防科学技术大学研究生院博七学位论文 得，而现有的幅度域相关系数拟合估计法计算量大，针对这一缺点，本文利用近 似的方法对其进行了简化。仿真实验结果表明，用简化前、后的幅度域相关系数 拟合法获得的相关系数基本一致，证明了简化方法的有效性。 ( 5 ) 本文最后基于机载雷达实测数据对第五章提出的c t - c f a r 检测器和 o s v i c f a r 检测器的检测性能进行了分析，实验结果验证了第五章提出的c f a r 检测理论与仿真分析的正确性和有效性。 主题词：机载雷达恒虚警率检测参数估计分布辨识非均匀相关杂波实 测数据 慝防科学技本大学研究生院博士学位论文 a b s t r a c t t h ec o n s t a i l tf a l s ea l a r mr a t c ( c f a r ) d e t e c t i o ni i it h ep r e s e n c eo fi n t e 讯：r i n g b k g 鞠di s 羹w 毪y s 也eb o 蹭葭鑫鹣d 垂f 羲e d 移。珏镰e 魏d yo f 丽嚣s i 韶a lp c e s s 遗g s i n c et 1 1 ea i r b o m er a d 2 u ra d o p t st h em u l t i p l em o d e sa n dc o i l f o n t s 、i t hc o m p l i c a t e dl a n d a 1 1 ds e ac l u t t e r ，s ot 圭l ec f a rd e t e c t i o nf o ra i f b o m er a d a ri se s p e c i a l l yd i 衢c u l t b a s e d o 薹lac e 概na 主：由o m e 刚a rs y s l e m ，也e 也e o 搿a n dl e e h n 均我o fc f a rd e t e c t i o nf o r a i r b o r n er a d a ri nt 1 1 ep r e s e n c eo fl a n da n ds e ac l u n e re n v i r o n m e ma r ei n v e s t i g a t e di n 饿i sd i s s e f 谂l i o n l 溆em a 主nw o 呔so f 黼s 纛i s s e 斑a l i o ne a nl ，e 辍l 芏毪瑚a r 主z e da s 如l l o 、 潜： f 慨也ed i s t r i b m i o np a r a m e t e re s t i m a t i o na l g o r i t h mi s 娘l d i e d ，s i n c ei ti st h e f b u n d a t i o no f t h eo p t i m a lo rq u a s i o p t i m a lc f a rd e t e c t i o n i nv i e wo f m ed e f i c i e n c yo f e 娥錾雕羚l y专主搬ee o 鑫s 毽搬i 珏go f 乏k靴觚i 撼雠 l i k e l i 抽t 文l( m l )e s 矗趣蠢。蔽南 k d i s t r i b u t i o np a r a m e t e r ，t h ee x i s t i n gs e v e np a r a m c t e re s t i m a t i o n2 l l g o r i t h m sb a s e d0 n m e m o do fm o m e n t ( m o m ) 踟ea n a l y z e db yc o m p a 疵毽t h e i re s t i m a t i o na c c u r a c ya 稚 i 糯p l e 攥e n 重a ：i o ne o m p l e x 姆，a 靛dt 量l er 文a t i o n so f t h e ma r ep r o v e 如髓e 鹣an e w p a 璁耀e t e r e s t i m a t i o na l g o r i t l l 】mb a s e do nz f l o g ( z ) e x p e 曲瓶o n 氨k d i 嘶b u t i o ni sp r o p o s e d t k 即p o s 甜a l g o r 主氇ma p p l i e sb o 也l o g 氆璩s f o f 撒菇i o na n d 爵t 主鳓舔。蚶e fm o m e n 专，s oi 钨 e s t i m a t i o np r e c i s i o ni si m p r o v e de v i d e n t l y a tt h es a m et i m e ，as c h e m eo fa p p l i c a t i o no f _ p a r 锄e t e re s t i m a t i o na l g o r i t h m st oa i r b o m er a d a rc f a rd e t e c t i o ni sp r e s e n t e d n e x 耄1 | 搀燃e 也o d so fd i s 砥b 壤i o 稳m 文至e li d 铭l i j e i e 鑫专i o 貘a f eg 糖蠢e di 鼓镄i s d i s s e r t a t i o n a i m i n ga tt h ed e f i c i e n c i e sm a tt h ec o m m o i lc i l i ，s q u a 心t e s ti sa f f e c t e d b a d l yb ys a m p l ei n t e r v a ld i v i s i o n ，a n dt 量l ek st e s tl 潞p o o ru n i v e r s a l i 母，an e wc l 诚c r d i s 域b 班i o ni d e n 专i 磊e 越i o nm e m o 文娃a 氆e l y ，p d f 锨糙s f o 髓m e 醢l o di s 跚p o s e d 。卫瓣 p r o p o s e dm e t h o dh a s t h ev i n u e so f1 1 i g l li d e n t i f i c a t i o na c c u r a c ya n dr e a l i z a t i o n s i m p l i 蠢c a t i o 芏lo ft 董l en o f m 啦耄e 瓯m o r e o v e r a sl o n ga s 壤e 勰蠢薅ee x p r e s s i o no f 落e d i s t f i b u t i o nm o d e li sk n o 、m ，t h ep d ft m s f o m lf o rt 1 舱c l u t t e rs a m p l ec o u l db ed o n e ，s o b o t ht l l ei d e n t i f i c a t i o na c c u r a c ya n d 吼i v e r s a l i t ya r ei m p r o v e dc v i d e n t l y a n dm e i l ，t h e s i 撒i l 撕拇醒南灌d i s 旗b 畦si s 禚a l 潮d 鲥也e 强s l ( e 硼e s s 飘d 融感o s i s c k 玳l c t e r i s t i c s ，a n di to f r e r sa ni m p o r 啪ta c a d e m i c 西s tf o rt h ep r e c i s i o na n a i y s i so ft h e d i 嘶b u t i o nm o d e li ( 1 e n t i 蠡e a t i o n t h i r d l 歌主n 饿ep r e s e n c eo f 瓣o l l 堇l de l l l 技e fe n v i f o n 搦e 丑1w h i c h 也e 出s t r i b u t i o l l m o d e li su n c e m i no rv a r y i n g ，i i lv i e wo fm ed e f i c i e n c yo f1 2 u r g e rs i 是阻a l - t o m o i s e r a t i o 岱c r ) l o s s 谢傻t h ec f a rd 默e c 套簖b a s 甜。珏s 遍g l e 碰s t f i b u i o 簸m o d d ，ac f a 爻 d e t e c t o rc a l l e dc t c f a r ( 1 e t e c t o rw h i c ha d a p tt om u l t i d i s t 曲u t i o nc l u t t e re n v i r o n m e n t i sp r o p o s e d t h en e wc f a rd e t e c t o r 印p l i e st h ed i s t r i b u t i o ni n f o m a t i o no fc l u 牡。r 、e i l ， 廷纛a sk 豫c o 癌确l l i 建ge a p 曲i l i 锣f 董鼓s e 越凝糖p 成敷，s i 趱曩l 鑫n e 毋，i 戤k e v e s c e m i nc f a rg a i nc o m p a r e dt ot h a tf o rt h eg e n e r a lr a y l e i g h - b a s e dc f a rd e t e c t o ri n l o ws c r a n dt h e n ，a i m i n ga tt l l ed e f i c i e n c i e st h a tt h ed e t e c t i o np e 渤珊a n co f 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 v i - c f a rd e t e c t o rm a yb es e r i o u s l yd e g r a d e dw h e nt h ei n t e r 诧r i n gt a r g e t sa r ep r e s e n ti n b o t ht h eh a l v e so ft h er e f e r e n c ew i n d o w ，an e wa d a p t i v ec f a rd e t e c t o r ，i e o s v i - c f a rd e t e c t o ri sp r o p o s e d ，c o m b i n i n gw i t ho sa l g o f i t h m ，t h i sd e t e c t o ra c h i e v e s b e t t e rd e t e c t i o np e r f o n l l 肌c ea i l df a l s ea l a 聃p e a kc o n t r o l l i n gc 印a b i l i t ) ri nm u l t i p l e i n t e 疵m gt a r g e t s ，c l u t t e re d g ea 1 1 dh o m o g e n e o u se n v i r o l l i l l e mr e s p e c t i v e l y ，s oi ti s m o r er o b u s ti np r a c t i c e f o u r t h l y ，t h es t r o n gc o r r e i a t i o no fs e ac l u t t e rh a sa ni m p o r t a mi n f l u e n c eu p o nt h e c f a rd e t e c t i o np e r f o m a l l c e b a s e do nr a t i o n a lh y p o t h e s i so ft h ec l u t t e rc o r r e l a t i o n m o d e l ，t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ef a l s ea l a n np r o b a b i l i t ) ra j l dd e t e c t i o n p r o b a b i l i t yo fc a c f a ri sa i l a l y s e di nt h i sd i s s e n a t i o nw h e nt h es p a t i a l l yc o r r e l a t i o n l e n 垂ho ft h ec l u ：t t e rs t n j c t u r ec o m p o n e n ti sv a r y i n g t h e o r e t i c a la n 2 l l y s i sa n ds i m u l a t i o n r e s u l t si n d i c a t et h a tt h er e f e r e n c ew i n d o wl e n 舒ho fc a c f a rd e t e c t o rs h o u l da d a p tt o t h ec h a n g eo fc l 吡e rs p a t i a l l yc o r r e l a t i o nl e n g t h 、) v = h e ni t a p p r o a c h e st h eo p t i m a l d e t e c t i o n b u ti np r a c t i c a lc f a r p r o c e s s ，t h es p a t i a l l yc o r r e l a t i o nl e n g t ho ft h es t r u c t u r e c o m p o n e n tn e e d st ob e e s t i m a t e d i nv i e wo fe x n e m e l yt i m ec o n s u m i n go ft h e c o r r e l a t i o nc o e 街c i e n tf i t t i n ge s t i m a t i o nm e t h o di na m p l i t u d ed o m a i n ，a 1 1 印p r o x i m a t e m e m o di s a p p l i e dt os i m p l i 匆i t s i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v et l l ee m c i e n c yo ft h e a p p r o x i m a t em e t h o d f i n a l l y ，t h ed e t e c t i o np e r f o m l a n c eo fc t - c f a r a i l do s v i - c f a rw h i c hp r o p o s e d i nc h a p t e r5i sa n a l y z e db a s do nm e a s u r e dd a t a e x p e r i m e mr e s u l t sd e m o n s t r a t et i l e c o r r e c t n e s sa n dv a l i d 时o ft h ec f a rd e t e c t i o nt h e o 巧p r o p o s e di nc h a p t e r5 k e yw 0 r d s ： a i r b o m e r a d a r ， c f a rd e t e c t j o n 。p a r a m e t e r se s t i m a t i o n ， d i s tr j b u t i o nr e c o g n i t i o n ，n o n h o m o g e n e i t y ，c o r r e l a t e dc i u t t e r ，m e a s u r e dd a t a 第i v 页 国防科学技术大学研究生院博上学位论文 表目录 表4 1 给定参数条件下，四种分布杂波正确检验、错误检验和不确定检验情况5 2 表4 2c h i s q u a r e 检验接受概率( ) 5 3 表4 t 3k s 检验接受概率( ) 5 3 表4 4p d f 变换法检验接受概率( ) 。5 3 表5 1 仿真杂波中瑞利、韦布尔、对数正态、k 分布各占的比例及其形状参数范 围5 8 表5 2 多分布类型仿真杂波用p d f 变换法检验的接受概率( ) 5 8 表5 3 仁1 6 ，尸石d = o 0 0 4 7 时d c f a r ，c t c f a r 和r a y l e i 曲- c f a r 的虚警概率 6 ( ) 表5 4d - c f a r ，c t c f a r 和r a y l e i g h c f a r 内在联系和性能小结6 4 表5 5v i c f a r 自适应阈值产生算法6 6 表6 1 平均虚警概率( 10 4 ) 9 4 表6 2 平均检测概率( ) 9 4 表7 12 0 组数据主杂波区外多普勒通道杂波分布类型表1 0 2 表7 2 用2 0 组数据统计的八种c f a r 方法的虚警概率( l o 刁) 1 0 3 i v 国防科学技术大学研究生院博七学德论文 图目录 图2 1c f a r 检测器结构图1 4 圈2 2 均值类c 靴匮检测器结构图15 图2 。3o s e f a r 检测器结构图l5 图2 4 对数。正态杂波环境中五种c f a r 检测器的检测性能比较2 0 图2 5 韦布尔杂波环境中四种c f a r 检测器的检测性能比较2 0 圈3 1k 分布和g a 翻獭a 分布在形状参数符合式( 3 。1 7 ) 关系时的p d f 形状比较 ：1 5 图3 2 正规化对数估计法对1 ，的估计误差的理论与仿真曲线( 眠* 2 5 6 ) 2 7 图3 3 正规化对数估计法对于的估计误差的理论与仿真益线( 甄砣5 6 ) 。2 8 图3 。4 阶数p 取不同值时，分数阶矩估计法的参数估计误差( 蝎一2 5 6 ) 2 9 图3 5 七取不同值时，m o m m l 估计法的参数估计误差( o = 2 5 6 ) 3 0 图3 6 配致形z l o g ( z 估计法对参数f 的估计方差3l 图3 7 七种方法的参数估计误差。3 2 图3 8 阶数产1 2 0 ，1 l o ，l 2 ，1 ，1 5 ，2 ，5 时，扪o g ( z ) 期望法对参数f 的估计误差3 5 图3 9 胡o g ( z ) 期望法( 严o 5 ) ，z l o g ( z ) 期望法，正规化对数估计，二，四阶矩法和 对数方差法的估计误差3 6 图4 1c l l i s q u a r e 检验的处理框图4 0 图4 2k s 检验框图4 l 图4 3 杂波样本的p d f 变换原理鋈4 3 图4 4p d f 变换法杂波分布辨识流程圈( 串行方式) 4 4 图4 5 四类分布的群和及关系曲线4 7 图4 6 凰为真时，瑞利分布杂波的p d f 变换4 8 阉4 7 编为真时，韦布尔杂波的p d f 变换4 8 图4 8 娲为真时，对数正态杂波的p d f 变换4 8 图4 9 胁为真时，k 分布杂波的p d f 变换4 9 图4 1 0 四种分布杂波按照瑞利分布交换后的统计直方巨4 9 图4 ，ll 四类分布杂波按韦布尔分布变换后的统计直方图5 0 图4 1 2 四类分布杂波按对数正态分布变换后的统计直方图5 0 图4 1 3 四类分布杂波按k 分布交换后的统计直方图5 l 图4 。l 碡给定参数条件下，照类分布的彳和磊值在编度和峰度特征图中的缀置5 2 图5 1c t c f a r 检测器框图一5 7 图5 2 韦布尔分布检验为瑞利分布时，韦布尔分布的形状参数5 9 。v 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图5 3k 分布检验为韦布尔分布时二者的形状参数5 9 图5 4 韦布尔分布与k 分布的p d f 拟合曲线。6 0 图5 5k 分布检验为瑞利分布时，k 分布的形状参数6 0 图5 6c a c t c f a r 和c a d c f a r 检测性能曲线6 1 图5 7g o c t c f a r 和g o d c f a r 检测性能曲线。6 1 图5 8o s c t c f a r 和o s d c f a r 检测性能曲线。6 2 图5 9s o c t c f a r 和s o d c f a r 检测性能曲线。6 2 图5 1 0l o g g o c t c f a r 和l o g g 0 d c f a r 检测性能曲线6 3 图5 1l 五种c t c f a r 与l o g - g o r a y l e i 曲检测性能比较( 乃沪0 0 0 5 4 ) 6 3 图5 1 2 采用l o g g o 算法的d - c f a r ，c t c f a r 和r a y l e i 曲c f a r 的检测性能比较 ( ，么= 0 0 0 5 4 ) 6 4 图5 13o s v i c f a r 检测器原理框图6 6 图5 1 4v i 检验的阈值性能6 9 图5 1 5m r 检验的阈值性能6 9 图5 1 6 七取不同值时，o s v i c f a r 在均匀杂波背景下的检测性能7 0 图5 1 7v i c f a r 在均匀杂波背景下的窗选择概率7 0 图5 1 8 均匀背景下，最优检测，c a ，g o ，o s ，m l i ，o s v i c f a r 的检测性能比较7 l 图5 19 参考窗内存在2 个干扰目标时c a ，g 0 ，0 s ，s o ，m l v i ，o s v i c f a r 的检测性 能比较7 1 图5 2 0 参考窗内存在2 个干扰目标时v i c f a r 的选窗概率7 2 图5 2 l 参考窗内存在6 个干扰目标时c a ，g o ，o s ，s o ，m l v i ，o s v i c f a r 的检测性 能比较7 3 图5 2 2 参考窗内存在6 个干扰目标时v i c f a r 的选窗概率7 3 图5 2 3 参考窗内存在8 个干扰目标时c a ，g o ，o s ，s o ，m l v i ，o s v i c f a r 的检测性 能比较7 3 图5 2 4 前沿滑窗分别存在o ，1 ，2 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 个干扰目标时o s v i c f a r 的检测性能比 较7 4 图5 2 5 前沿滑窗存在干扰目标时v i c f a r 的窗选择概率7 5 图5 2 6 前、后沿滑窗分别存在0 8 个干扰目标时o s v i c f a r 的检测性能7 5 图5 2 7 前、后滑窗存在相同数目干扰目标时v i c f a r 的窗选择概率7 6 图5 2 8 序值霓取不同值时o s v i c f a r 的虚警性能( c n r 于1 0 d b ) 7 7 图5 2 9c a g o ，o s ，s o ，m l v i ，o s v i c f a r 虚警性能比较( c n r i l0 d b ) 7 7 图5 3 0 图5 2 9 在杂波单元数大于1 6 时的局部图7 7 图5 3 lo s v i c f a r 在不同c n r 时的虚警性能( 肛1 6 ) 7 8 图5 3 2v i c f a r 在杂波边缘背景下的窗选择概率7 8 v i 国防科学技零大学研究生院博士学位论文 图6 1 相关海杂波幅度图8 3 图6 2 强度域相关系数与幅度域相关系数的变换曲线8 5 圈6 。3 强度域相关系数与对数域相关系数的变换隧线8 6 图6 4 三个数据域杂波相关系数的估计均值( 炳m 1 2 8 ) 。8 8 图6 5 杂波加热噪声相关系数的估计均值( 0 _ 1 2 8 ) 8 8 图6 6 结构分量相关系数估计8 9 图6 7 震= l 时，杂波均值水平以及固定阈值和c a c f a r 的平均阈值9 l 图6 8r = 1 时，c a c f a r 、固定阂值和理想c f a r 的检测概率( s c r ? 1 0 d b ) 9 2 图6 9 肛l 时，c a c f a r 、固定阑值和理想c f a r 的虚警概率9 3 图6 1 0 绺3 0 时，杂波均值水平以及固定阕值和c a c 融r 平均阕值9 3 图6 。l l 震= 3 0 时，c 小c f a r 、固定阑值和理想c f a r 的检测概率( s c r 予1 0 d b ) 9 3 图6 1 2 晨= 3 0 时，c 良c f a r 、固定阈傻和理想c f a 爻的虚警概率舛 图6 。1 3c 舡c f a r 多脉冲二元积累的检测概率( 垆o 。5 ) 9 5 图6 1 4c a c f a r 多脉冲二元积累的检测概率( 俨5 ) 9 6 圈7 1 实测数据某个c p l 的脉压波形图9 9 图7 2 实测数据某个c p l 的脉压波形图( 盛面若于个脉冲) 9 9 图7 3 实测数据某个c p i 的主杂波跟踪波形图：1 0 l 图7 4 用第l 组数据统计的八种c f a r 检测器的检测概率曲线1 0 4 匿7 。5 焉第1 9 组数据统计的夕种c 弘r 检测器的检测概率煞线1 0 4 图7 6 不存在干扰目标时，六种c f a r 检测器的检测概率曲线1 0 5 图7 7 前、后窗各有1 个干扰目标时六种c f a r 检测器的检测概率曲线1 0 6 图7 8 前、后窗各有2 个干扰冒标时六种c f a r 检测器的检测概率曲线1 v l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成栗_ 也不包奢育获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书i i i i 使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文题目：狃戴重姿攮蕉鳘窒拴趔左鎏盟塞 学位论文作者签名：物墨盆日期：缸卯7 年中月，丑 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留，使用学位论文的规定本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被鸯阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印，缩印残扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目：扭羹重垫蜒虞鳌室捡型盔鎏叠衮 学位论文作者签名：蛰燃珏期：钞，7 年尹珂日 作者指导教师签名： 舡魄严 尹月名日 国防科学技术大学磺究生院 毒七学健论文 第一章绪论幂一罩瑁了匕 1 1 研究背景及其意义 机载雷达是现代战场上最重要的传感器之一，由予以飞机作平台，机载雷达 对运动目标的可视距离比地基雷达远得多，并且可以灵活、快速地部署在所需要 的地方，因而受到广泛重视。如担负远程警戒、指挥的机载预警雷达( a e w a i r b o m e e a r l yw 黝i 鹆) 以及执行攻击任务的机载火控雷达都是机载雷达的重要的应用对 象。 机载雷达的最基本任务是实现干扰背景中的信号检测。由于杌载雷达平台处 于运动状态且下视工作，其杂波分布范围广，强度大，导致馨标常淹没在杂波中， 检测能力受到严重影响。为了在强杂波背景中有效地提取信号，就需要雷达天线 具有超低副瓣电平，但限于当前的技术和工艺水平，实现超低副瓣十分困难。相 比超低副瓣技术，时域以及空一时联合滤波技术因实现简单、设计灵活在实际雷 达系统中得到了较多的应用，但机载雷达的杂波环境非常复杂，即使采用这些技 术手段仍然难以达到理想的杂波抑制效果。在此背景下，人们希望通过恒虚警率 ( c f a r c o n s t a n tf a l s ea l a 撇r a t e ) 技术在控制虚警的同时尽可能地降低信杂比损 失，从两提高机载雷达的检测性能。因此，c 弹姨检测技术已成为机载雷达信号处 理的关键技术之一，受到极大的关注。 与常规的地基雷达不同，机载雷达通常具有空一空和空一海两种基本的工作 摸式，且两种王作模式采艏的雷达体制不同，翦者采用脉冲多普勒( p d 。p 曩辩 d o p p l e r ) 体制，c f a r 检测在频域进行；后者采用普通的低重频脉冲体制，c f a r 检测在时域进行，而不同数据域的最优或准最优c f a r 检测算法具有较大的差异。 机载雷达c f a r 检测的难点具体表现在如下的几个方面： ( 1 ) 机载雷达对地工作( 空一空工作模式) 时，由于雷达的下视工作，地杂 波分布范围广，强度大，随时间和空间变化快，不同多普勒通道的杂波分布模型 通常是不同的，常规的基于单一分布模型的c 浓检测算法信杂比损失较大。 ( 2 ) 机载雷达对海工作( 空一海或空一空工作模式) 时，由于海面周期性的 运动，海杂波具有较强的相关性，在此背景下，传统的基于独立同分布假设的c f a r 检测器具有较大的信杂比损失。 ( 3 ) 机载雷达杂波的非均匀性强。由于机载雷达的观测范围广，需要阕时探 测的因标批次多，当检测某个确定尽标时，参考单元存在的其余目标就成为干扰。 此外，由予平台的运动，机载雷达面临两种明显不同的观测区域的几率增加，因 此，桃载雷达c 靴匮检测器必须具有对抗杂波边缘、多目标干扰等菲均匀杂波的 第l 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 能力。 总之，机载雷达的c f a r 检测具有自身的特点和难点，如何有效地实现在多 种背景下的c f a r 检测是一个具有挑战性的难点问题。 本文以某型相控阵机载雷达为背景，开展c f a r 检测技术研究，课题来源于 某研究所“雷达杂波抑制和恒虚警检测技术研究 项目，并得到了“教育部高 等学校优秀青年教师教学科研奖励计划( t r a p o r t ) ”的资助。 1 2c f a r 检测研究现状 c f a r 检测技术经过近四十年的发展，已形成了一整套相对完整的概念、理论 和算法，并在现代雷达中获得了广泛的应用。目前，c f a r 检测技术的研究领域主 要包括：高斯和非高斯杂波背景下的c f a r 检测、参量和非参量c f a r 检测、时 域和频域c f a r 检测、单脉冲与多脉冲c f a r 检测、单传感器和多传感器c f a r 检测等。 1 2 1 高斯杂波背景下的c f a r 检测 1 2 1 1 均值类c f a r 检测器 19 6 8 年， f i l l i l 提出的单元平均( c a c e l l a v 渤g i n g ) c f a r 【1 】是c f a r 检测 器中最典型的代表，也是应用最广泛的c f a r 检测器之一。它通过对检测单元附 近的若干个参考单元求平均来估计杂波功率水平，从而形成自适应检测阈值。 c a - c f a r 在均匀瑞利( r a y l e i 曲) 杂波背景下为最优检测器，但在杂波边缘和多 目标干扰背景下检测性能严重下降。为了解决以上两个问题，后来分别提出了单 元平均选大( g o g r e a t e s to f ) c f a r 【2 1 、单元平均选小( s o s m a l l e s to f ) c f a r 【3 】 和加权单元平均( w c a w e i g h t e dc e l la v e r a 喀i n g ) c f a r 【4 】等几类修正的c a c f a r 检测器，这几种c f a r 检测器统称为均值( m l m e a i ll e v e l ) 类c f a r 检测器。上 述三种修正的均值类c f a r 检测器都有其各自的应用背景，g 0 c f a r 在均匀杂波 环境中与c a c f a r 相比只有很小的信杂比( s c r s 堙n a l c l 碱e r - r a t i o ) 损失，在 杂波边缘环境中，其虚警控制能力明显高于c a c f a r 和s 0 c f a r ，但在多目标 环境中几乎不能检测到有用目标。s o c f a r 在多个干扰目标只存在于单侧滑窗时， 检测性能较好，但当干扰目标同时存在于前、后沿参考滑窗时检测性能严重下降， 同时，s o c f a r 在杂波边缘环境中的虚警控制能力也很差。w c a c f a r 在多目 标干扰中的检测性能最好，但它需要干扰目标的先验信息。另外，文献 5 】分析了 c a 、g o 和s o c f a r 在多目标干扰背景下的检测概率以及s o c f a r 相对于 c a - c f a r 的附加损失。 1 2 1 2 有序统计类c f a r 检测器 第2 页 爨防科学技术大学研究生院博士学垃论文 m l 类c f a r 检测器通常难以同时在多种杂波环境中取得令人满意的性能。 1 9 8 3 年，r h o l i n g 提出了有序统计( o s o r d o rs t a t i s t i c s ) c f a r 检测器【6 】，该方法 首先对参考单元采样赢小到大作排序，然后取第露个有序采样值作为总的杂波功 率水平估计。由于o s c f a r 删除了一些高幅值参考单元采样，在一定程度上取锝 了较强的抗多目标干扰的能力。为了进一步改善o s c f a r 在不同杂波环境下的性 能，以后相继出现了一系列的0 s 类c f a r 的修正型【卜玲】，该类方法典型的有：筛 选均值类检测器( c m l d c e 娃s o 忿dm e 觚k w ld e 绝e 溆) 【7 】，削减平均( t m 强鼓魏e d m e a l l ) c f a r 检测裂8 】，最大筛选均值类( m x c m l d ) c f a r 检测器【9 】，选大o s ( o s g o ) 、选小o s ( o s s 0 ) 检测器f 1 川和单元平均o s ( o s c a ) c f a r 检测器f l l 】， 移动有序( m o s 。m 鲫i 旌go s ) c f a r 检测器 翻，线性组合有序( l c o s 毛i 魏e 硝y c o 珏l b i 觳e d0 s ) c f a r 检测器【1 3 j 等。但o s 类c f a r 检测器都有一个多目标容限， 当干扰目标数超过这一容限时，检测性能会严重下降。另外，o s 类c f a r 方法有 时需要关于干扰舀标数的先验信息，当干扰哥标的数西和位置未知时，其检测性 能严重降低。