一种基于恒虚警目标检测的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于恒虚警目标检测的优化方法，涉及数字信号处理【技术领域】，其步骤为：在检测单元的右边存在参考单元，或在检测单元的左边存在参考单元的情况下，利用指针选择第一检测单元和第二检测单元，进而确定第一数据累加和与第二数据累加和，计算出第一阈值与第二阈值，并利用阈值来判断检测单元是否为目标；在检测单元的右边和左边都存在参考单元的情况下，利用指针选择第一检测单元和第二检测单元，进而确定第一数据累加和与第二数据累加和，计算出第一阈值与第二阈值，并利用阈值来判断检测单元是否为目标。本发明主要同时利用两个指针来选择单元，这种并行处理方法可以降低功耗，提高软件的执行效率。
【专利说明】一种基于恒虚警目标检测的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字信号处理【技术领域】，涉及一种基于恒虚警目标检测的优化方法。
【背景技术】
[0002] 早期的雷达系统是把所有得到的视频信息直接送到显示器显示出来，通过操作员 来区分是杂波还是目标，实现目标检测功能。这种情况下，雷达的检测能力由操作员的监 视决定，受操作员经验等条件的影响很大，而且人工操作制约着雷达多目标捕获、跟踪的能 力。随着数字化的深入，目标自动检测逐渐成为一种趋势。在雷达自动检测系统中需要提 供一个检测阈值，并根据阈值利用判决准则作出目标是否存在的判决。最简单的方法是，根 据经验给出一个固定的检测阈值，但是这种方法对于变化的杂波背景的适应能力差。比如， 在非平稳杂波中，如果采用固定阈值检测，则杂波平均功率水平增加几分贝就会使虚警概 率急剧增加，以至于显示器画面饱和或数据处理设备过载，这时即使信噪比很大，也不能做 出正确的判决。因此雷达自动检测中的恒虚警问题是每个雷达系统研究和设计人员不可回 避的重要问题。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 值并使杂波和干扰对系统的虚警概率影响最小化的信号处理技术。它使用自适应门限代替 了固定门限，自适应门限会随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小而调整。若背景噪 声、杂波和干扰大，自适应门限就会随之提高；若背景噪声、杂波和干扰小，自适应门限就会 随之减低，从而保证虚警概率恒定。雷达信号的恒虚警（CFAR)处理在雷达信号处理中已占 有不可或缺的重要地位，因此近年来得到了广泛的应用。
[0003] 目前，关于恒虚警的工程实现主要是在DSP的硬件平台中开发完成的，其不足之 处主要有以下两点：
[0004] 首先，通常采用串行处理，即按照从前向后的顺序对内存中已经排列好的相应脉 冲内每个距离单元进行检测，这样按顺序依次进行检测会导致处理时间较长，如果数据量 大则甚至会影响整个系统的实时性，会导致系统出现故障，没有发挥DSP芯片的高速处理 能力，浪费了芯片的内部资源。
[0005] 其次，通常的串行处理在实现过程中若出现结果不正确，不易找出其错误所在，需 要一步步单步调试来确定出错的地方，这样的程序不易修改调试，可移植性不高，进而会降 低系统的可靠性。
【发明内容】
[0006] 针对上述已有技术的不足，提出了一种基于恒虚警目标检测的优化方法，以降低 功耗，提高软件的执行效率。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0008] -种基于恒虚警目标检测的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009] 步骤1，雷达接收目标回波数据，对目标回波数据进行脉冲压缩，再进行动目标检 测，得到经过动目标检测之后的N个脉冲的数据W，W= [H，…，I，···，％];
[0010] 步骤2,经过动目标检测之后的第i个脉冲的数据I中存在Μ个距离单元，Μ个距 离单元顺序排列，从左向右依次选择第一检测单元Xu并且同时从右向左依次选择第二检 测单元x ik;
[0011] 步骤3，当所述第一检测单元的右边存在q个参考单元和p个保护单元时，并且 所述第二检测单元x ik的左边存在q个参考单元和P个保护单元时，j = 1，2,…，p+q，k = Μ, M-l,…，Μ- (p+q-1)，并且 j+k = M+l ;
[0012] 将第一检测单元的q个参考单元顺序排列组成第一参考单元向量A，将第一参考 单元向量A中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成第一数据向量C，将第一数据向量C 中的元素相加计算出第一数据累加和;将第二检测单元的q个参考单元顺序排列组成第 二参考单元向量B，将第二参考单元向量B中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成第二 数据向量D，将第二数据向量D中的元素相加计算出第二数据累加和S ik;并且根据虚警概率 Pfa设定门限因子T;
[0013] 将第一数据累加和Sij除以右边参考单元数目q得到第一参考单元数据均值，将门 限因子T和第一参考单元数据均值相乘得到第一检测阈值将第二数据累加和s ik除以左 边参考单元数目q得到第二参考单元数据均值，将门限因子T和第二参考单元数据均值相 乘得到第二检测阈值R k;
[0014] 将第一检测阈值Rj与第一检测单元Xij对应的数据Yij比较，如果Yij彡Rj则判定 第一检测单元不存在目标，如果则判定第一检测单元存在目标；将第二检测阈 值R k与第二检测单元xik对应的数据zik比较，如果Zik < Rk则判定第二检测单元Xik不存 在目标，如果Zik>R k则判定第二检测单元Xik存在目标；
[0015] 步骤4,当所述第一检测单元Xu的右边和左边同时存在q个参考单元和p个保护 单元时，并且所述第二检测单元X ik的右边和左边同时存在q个参考单元和P个保护单元 时；其中，j+k = M+1 ;
【权利要求】
1. 一种基于恒虚警目标检测的优化方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，雷达接收目标回波数据，对目标回波数据进行脉冲压缩，再进行动目标检测，得 到经过动目标检测之后的N个脉冲的数据W，W = [Wp W2，…，Wi，…，WN]; 步骤2,经过动目标检测之后的第i个脉冲的数据I中存在Μ个距离单元，Μ个距离单 元顺序排列，从左向右依次选择第一检测单元Xu并且同时从右向左依次选择第二检测单 兀父ik ; 步骤3,当所述第一检测单元的右边存在q个参考单元和p个保护单元时，并且所 述第二检测单元xik的左边存在q个参考单元和P个保护单元时，j = 1，2,…，p+q，k = Μ, M-l,…，Μ- (p+q-1)，并且 j+k = M+l ; 将第一检测单元的q个参考单元顺序排列组成第一参考单元向量A，将第一参考单元 向量A中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成第一数据向量C，将第一数据向量C中的 元素相加计算出第一数据累加和;将第二检测单元的q个参考单元顺序排列组成第二参 考单元向量B，将第二参考单元向量B中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成第二数据 向量D，将第二数据向量D中的元素相加计算出第二数据累加和S ik ;并且根据虚警概率Pfa 设定门限因子T; 将第一数据累加和Su除以右边参考单元数目q得到第一参考单元数据均值，将门限因 子T和第一参考单元数据均值相乘得到第一检测阈值将第二数据累加和Sik除以左边参 考单元数目q得到第二参考单元数据均值，将门限因子T和第二参考单元数据均值相乘得 到第二检测阈值R k; 将第一检测阈值&与第一检测单元对应的数据比较，如果&则判定第一 检测单元不存在目标，如果则判定第一检测单元存在目标；将第二检测阈值 Rk与第二检测单元Xik对应的数据Zik比较，如果Zik彡R k则判定第二检测单元Xik不存在目 标，如果Zik>R k则判定第二检测单元Xik存在目标； 步骤4,当所述第一检测单元Xu的右边和左边同时存在q个参考单元和p个保护单元 时，并且所述第二检测单元Xik的右边和左边同时存在q个参考单元和P个保护单元时；其 中，j+k = M+1 ;
将第一检测单元右边的q个参考单元顺序排列组成右边第一参考单元向量4，将第一 检测单元左边的q个参考单元顺序排列组成左边第一参考单元向量A2，将右边第一参考单 元向量4中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成右边第一数据向量(^、并且将左边第 一参考单元向量A 2中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成左边第一数据向量(：2，将右 边第一数据向量(^和左边第一数据向量C 2中的元素相加计算出第一数据累加和Su ; 将第二检测单元右边的q个参考单元顺序排列组成右边第二参考单元向量，将第二 检测单元左边的q个参考单元顺序排列组成左边第二参考单元向量B2，将右边第二参考单 元向量&中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成右边第二数据向量0 1、并且将左边第 二参考单元向量B2中q个参考单元相对应的数据顺序排列组成左边第二数据向量仏，将右 边第二数据向量Di和左边第二数据向量D 2中的元素相加计算出第二数据累加和Sik ; 将第一数据累加和除以左右两边参考单元数目2q得到第一参考单元数据均值，将 门限因子T和第一参考单元数据均值相乘得到第一检测阈值将第二数据累加和Sik除以 左右两边参考单元数目2q得到第二参考单元数据均值，将门限因子T和第二参考单元数据 均值相乘得到第二检测阈值R k ; 将第一检测阈值&与第一检测单元对应的数据比较，如果&则判定第一 检测单元不存在目标，如果则判定第一检测单元存在目标；将第二检测阈值 Rk与第二检测单元Xik对应的数据Zik比较，如果Zik彡R k则判定第二检测单元Xik不存在目 标，如果Zik>R k则判定第二检测单元Xik存在目标； 步骤5,根据步骤2、3、4得到N个脉冲内每个距离单元的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于恒虚警目标检测的优化方法，其特征在于，步骤3包 括以下子步骤： 当所述第一检测单元的右边存在q个参考单元和P个保护单元时，并且所述第二检 测单元Xik的左边存在q个参考单元和P个保护单元时： 3a)利用第一指针选择第一检测单元Xij, j = 1，2, . . .，p+q ;利用第二指针选择第二检 测单元 Xik, k = Μ, M-1, · · ·，M-(p+q_l); 设定第一检测单元的第一参考单元向量为A -[Xi，j+(p+l)，Xi，j+(p+2)，· · ·，Xi，j+(p+q)]，弟 二检测单元Xik的第二参考单元向量为B= [Xi， k-(p+q)，Xi，k-(p+q-1)，· · ·，Xi，k-(p+l)]; (3b)设定第一检测单元Xu的第一参考单元向量A对应第一数据向量C= [\j+(p+1)，Y i，j+(p+2)，· · ·，Yi，j+(p+q)l， 设定第二检测单元xik的第二参考单元向量B对应第二数据向量D = [Z^ k-(p+<i)，Zi，k-(p+(j -1)，· · ·，Zi，k-(p+i) ] ? 将第一数据向量c中的元素进行累加，得到第一数据累加和Sij = \Μρ+1)+Υ^+(ρ+2)+.. ? 将第二数据向量D中的元素进行累加，得到第二数据累加和sik = +q-1)+. ·· +Zi，k-(p+1); (3c)设定门限因子T与虚警概率Pfa的关系式并且虚警概率Pfa等于恒 虚警概率Γ ;
则通过
求取门限因子T，其中，exp表示以e为底的指数； (3d)通过以卜公式:得到第一检测阈值& :
其中，Su表示第一数据累加和，q表示参考单元个数，T表示门限因子； 将第一拾涮阈倌R..与第一拾涮单元对应的数据比较，如果< R.. _判宙第一 检测单元不存在目标，如果则判定第一检测单元存在目标； (3e)通过以下公式得到第二检测阈值Rk:
其中，Sik表示第二数据累加和，q表示参考单元个数，T表示门限因子； 将第二检测阈值Rk与第二检测单元Xik对应的数据Zik比较，如果Z ik彡Rk则判定第二 检测单元Xik不存在目标，如果Zik>Rk则判定第二检测单元X ik存在目标； (3f)令j从1至p+q进行遍历，重复步骤（3a)、（3b)、（3c)、（3d);并且同时令k从Μ 至Μ-(ρ+q-l)进行遍历，重复步骤（3a)、（3b)、（3c)、（3e)，完成检测。
3.根据权利要求1所述的一种基于恒虚警目标检测的优化方法，其特征在于，步骤4包 括以下子步骤： 当所述第一检测单元Xu的右边和左边都存在q个参考单元和P个保护单元时，并且所 述第二检测单元Xik的右边和左边都存在q个参考单元和P个保护单元时： (4a)利用第一指针选择第一检测单元Xu ;
利用第二指针选择第二检测单元Xik ;
设定第一检测单元右边第一参考单元向量为Ai = [Xi; j+(p+l), ^i，j+(p+2), · · ·，Xi，j+(p+q)] ' 第一检测单元Xij左边第一参考单元向量为a2 = [Xi，j-(p+q)，Xi，j-(p+q-1)，· · ·，Xi，j-(p+1) ];设定第 二检测单元xik右边第二参考单元向量为& = [xi; k+(p+l)，Xi，k+(p+2), · · ·，Xi，k+(p+q)]， 第二检测单 元Xik左边第二参考单元向量为 [Xi，k-(p+q)，Xi，k-(p+q-1)，· · ·，Xi，k-(p+1) ] ? (4b)设定第一检测单元Xu右边第一参考单元向量&对应右边第一数据向量： Cl 一 [Yi，j+(p+l)，Yi，j+(p+2)，· · ·，Yi，j+(p+q)]; 设定第一检测单元Xij左边第一参考单元向量A2对应左边第一数据向量： 一 [Yi，j-(p+q)，Yi，j-(p+q-l)，· · ·，Yi，j-(p+l)]; 设定第二检测单元xik右边第二参考单元向量&对应右边第二数据向量： 〇1 一 tZi;k+(p+l)> Zi；k+(p+2)) · · · ) ^i,k+(p+q)~\ ; 设定第二检测单元xik左边第二参考单元向量b2对应左边第二数据向量： 〇2 一 [Zi，k-(p+q), Zi，k-(p+q-l)，· · ·，Ztk-fp+i)]; 将右边第一数据向量q与左边第一数据向量c2中的元素进行累加，得到第一数据累加 和 Sij = Υ?，』_(ρ+?…+Yi，j_(p+1)+Yi，j +(p+1)+Yi，j+(p+2)+-+Y i，j+(p+q)· 量〇1与左边第二数据向量D2中的元素进行累加，得到第二数据累加和sik -Zi，k-(p+q)+Zi，k-(p +q-l)+> · · +Zijk_(p+1)+Zijk+(p+1)+Z ijk+(p+2)+. . . +Zi?k+(p+q)； (4c)通过以下公式得到第一检测阈值Rj :
其中，表示第一数据累加和，2q表示左右两边参考单元总个数，T表示门限因子； 将第一检测阈值&与第一检测单元对应的数据进行比较，如果&则判定 第一检测单元不存在目标，如果则判定第一检测单元存在目标； (4d)通过以下公式得到第二检测阈值Rk:
其中，Sik表示第二数据累加和，2q表示左右两边参考单元总个数，T表示门限因子； 将第二检测阈值Rk与第二检测单元Xik对应的数据Zik进行比较，如果Z ik < Rk则判定 第二检测单元Xik不存在目标，如果Zik>Rk则判定第二检测单元X ik存在目标； (4e)令j从ρ+q+l至 <
进行遍历，重复步骤（4a)、（4b)、（4c);并且
同时令k从Μ- (p+q)至 进行遍历，重复步骤（4a)、（4b)、（4d)，完成 检测。
【文档编号】G01S7/41GK104155636SQ201410394978
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】曹运合, 姜婕, 谢荣, 刘峥, 崔素芬 申请人:西安电子科技大学