雷达通用恒虚警率检测器及其数据排序方法

雷达通用恒虚警率检测器及其数据排序方法
【专利摘要】本发明公开了一种雷达通用恒虚警率检测器及其数据排序方法。雷达通用恒虚警率检测器包括：数据预处理模块、排序处理模块、RAM控制模块、参数估计模块、筛选处理模块、门限产生模块以及输出逻辑处理模块。本发明将多个杂波环境下的最优恒虚警方案有机的结合起来，构造当前环境背景中的最优恒虚警检测器，决了现有的解决方案中的不足之处，同时还具有高可靠性、高实时性、具有较强的工程实用性等诸多优点。雷达通用恒虚警率检测器的数据排序方法是在不破坏原有数据结构流的基础上，增加一张随数据流实时更新的排序表，通过查询该表，就能得到所选取的排序号下的参考单元的值，从而完成数据的实时处理。
【专利说明】雷达通用恒虚警率检测器及其数据排序方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达信号处理【技术领域】，特别涉及一种适用于复杂环境背景中的雷达通用恒虚警率检测器。
【背景技术】
[0002]在雷达自动检测中，雷达恒虚警率处理可以使终端计算机不致因干扰太强而过载，从而保证雷达的正常工作；而在雷达人工操纵的过程中，恒虚警率处理能使雷达达到在强干扰下损失少许检测能力但仍能工作的目的。所以，雷达恒虚警检测器是衡量雷达信号检测和处理性能的主要技术指标，是雷达信号处理系统设计的关键技术之一。
[0003]根据信号处理理论，基于高斯白噪声干扰下的平方律检波器对单个目标的检测和虚警性能等同于Swerling目标模型和非相干脉冲积累数的函数。对于未归一化的采样值z和平方率检波器来说，其检测门限T和干扰功率具有Τ=α β 2的数学形式，即如果门限固定，随着干扰强度的增加，虚警概率将增加，反之将下降。所以精确获得已知的干扰功率β 2是准确设定检测门限的前提条件。
[0004]然而对于雷达系统来说，不仅有接收机内部热噪声形成的干扰，而且还有地物、云、雨、雪、海浪等形成的杂波干扰以及敌方故意施放的针对性电磁干扰。这些干扰通常都很强，而且随着地点和时间的变化而变化，在这种情况下，实际的虚警概率会偏离预期值。而雷达虚警概率相对干扰电平功率很小的变化都会对雷达的检测性能有较大的影响。因此，为了快速获得可预知的检测性能，实际干扰噪声功率电平必须实时地从雷达接收到的回波信号中进行估计，从而相应地调整雷达检测门限以获得期望的虚警概率PFA。
[0005]但是现实情况是，雷达往往处于非常复杂的使用环境之中，这些复杂环境包括海面环境中的海杂波、云雨等气象杂波、港口、锚地、船只等强反射目标，还有海陆交界处产生的大气湍流等具有较大多普勒频偏的气象杂波以及陆地环境中的地物杂波等。这些环境中的杂波特性非常复杂，各自具有不同的分布特性。因此需要分析这些雷达回波特性，并针对典型情况找出合适的恒虚警方案。
[0006]目前在实际工程应用中，业界针对复杂环境下的恒虚警解决方案是根据某个特定的回波环境专门构造一种与之相适应的恒虚警电路。比如在高斯杂波环境中，选择单元平均类恒虚警电路；在多目标环境中则选择有序统计类恒虚警电路；而在非高斯杂波环境中则根据实际情况选择对数——正态分布杂波背景中的恒虚警检测器或韦布尔杂波背景中的恒虚警检测器。这种解决方案的优点是针对专门的杂波环境来设计，电路结构简单、资源消耗较少，但缺点是这种恒虚警方案往往只是在某一特定的杂波背景中拥有比较好的恒虚警性能，若外界杂波环境发生变化，则恒虚警的检测损失会急剧上升，造成整个雷达系统的检测概率的降低，从而影响雷达的使用效率。
[0007]现有的另一种解决方案是利用PowerPC或DSP等处理芯片，通过C语言编程的方法将上述各种杂波环境下的恒虚警方案融合到一个处理软件中，并根据实际情况选择适合当前杂波环境的恒虚警算法，这种方法的优点是实现方便，硬件简单，但缺点是实时性不高，特别是在处理有序统计恒虚警时需要利用冒泡算法进行排序，其算法的平均时间复杂度和空间复杂度都很高，所以限制了这种恒虚警解决方案的适用场合。
[0008]综上所述，对于复杂环境下的恒虚警率检测器的实现，若采用第一种解决方案，虽然电路结构简单、资源消耗较少，但是只是针对某一种杂波环境，使用效率低；若采用第二种解决方案，虽然解决了第一种解决方案对杂波环境的限制，同时实现起来简单，但是实时性不高，对于某些需要快速反应的场合就有了限制。

【发明内容】

[0009]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种雷达通用恒虚警率检测器，针对归纳出的已知的三种杂波环境(高斯杂波环境、多目标环境、非高斯杂波环境)，将这些杂波环境下的最优恒虚警方案以某种形式有机的结合起来，构造当前环境背景中的最优恒虚警检测器，决了现有的两种解决方案中的不足之处，同时还具有高可靠性、高实时性、具有较强的工程实用性等诸多优点。
[0010]本发明通过以下技术方案实现:
[0011]一种雷达通用恒虚警率检测器，包括:
[0012]数据预处理模块，用以对输入数据序列的存储及数据格式和数据率的转换；
[0013]排序处理模块，连接所述数据预处理模块，用以对所述数据预处理模块中的多个输入数据序列进行实时排列，并生成一实时更新的排序表；
[0014]参数估计模块，连接所述数据预处理模块，用以估算输入数据序列的形状参数；
[0015]筛选处理模块，连接所 述数据预处理模块，用以根据预设干预令来选择输入数据中的杂波功率水平估计值；
[0016]RAM控制模块，连接所述排序处理模块以及所述数据预处理模块，用以根据所述排序处理模块的处理结果，将输入数据序列送入所述参数估计模块以及所述筛选处理模块，以分别计算所述形状参数以及所述杂波功率水平估计值；
[0017]门限产生模块，连接所述参数估计模块以及所述筛选处理模块，根据所述形状参数、所述杂波功率水平估计值以及当前的杂波背景来产生当前的恒虚警门限；
[0018]输出逻辑处理模块，连接所述门限产生模块以及所述数据预处理模块，根据所述当前的恒虚警门限和输入数据序列来产生恒虚警输出数据。
[0019]较佳的，所述参数估计模块利用威布尔分布或者K分布中的一阶矩的平方与二阶矩的比值与尺度参数无关这一特性来估算形状参数。
[0020]较佳的，所述参数估计模块利用威布尔分布来估算形状参数，
[0021]其概率密度函数为:
【权利要求】
1.一种雷达通用恒虚警率检测器，其特征在于，包括: 数据预处理模块，用以对输入数据序列的存储及数据格式和数据率的转换； 排序处理模块，连接所述数据预处理模块，用以对所述数据预处理模块中的多个输入数据序列进行实时排列，并生成一实时更新的排序表； 参数估计模块，连接所述数据预处理模块，用以估算输入数据序列的形状参数； 筛选处理模块，连接所述数据预处理模块，用以根据预设干预令来选择输入数据中的杂波功率水平估计值； RAM控制模块，连接所述排序处理模块以及所述数据预处理模块，用以根据所述排序处理模块的处理结果，将输入数据序列送入所述参数估计模块以及所述筛选处理模块，以分别计算所述形状参数以及所述杂波功率水平估计值； 门限产生模块，连接所述参数估计模块以及所述筛选处理模块，根据所述形状参数、所述杂波功率水平估计值以及当前的杂波背景来产生当前的恒虚警门限； 输出逻辑处理模块，连接所述门限产生模块以及所述数据预处理模块，根据所述当前的恒虚警门限和输入数据序列来产生恒虚警输出数据。
2.根据权利要求1所述的雷达通用恒虚警率检测器，其特征在于，所述参数估计模块利用威布尔分布或者K分布中的一阶矩的平方与二阶矩的比值与尺度参数无关这一特性来估算形状参数。
3.根据权利要求2所述的雷达通用恒虚警率检测器，其特征在于，所述参数估计模块利用威布尔分布来估算形状参数， 其概率密度函数为: f (X) =bcxc_1exp (~bxc), x≥ O 相应的，其η阶矩为:
E {xn} =b‘ gamma (n/c+1)，n=l, 2，3，...其中，b和c分别表示威布尔分布中的尺度参数和形状参数； 由一阶矩的平方与二阶矩的比值可得:
4.根据权利要求1所述的雷达通用恒虚警率检测器，其特征在于，所述筛选处理模块根据预设干预令来选择输入数据中的杂波功率水平估计值，包括:选大、选小、平均、剔除和平均、整理和平均。
5.根据权利要求1所述的雷达通用恒虚警率检测器，其特征在于，所述门限产生模块根据所述当前的恒虚警门限和输入数据序列来产生恒虚警输出数据，包括: 若当前雷达所处的杂波环境为高斯杂波或多目标背景，则恒虚警门限即为夂/λ其中々为被检测单元所处杂波背景的估计值，K为门限乘子，调整门限乘子的大小，就可以改变恒虚警门限的大小，从而控制了虚警率的大小； 若当前雷达所处的杂波环境为非高斯杂波环境，则门限产生模块根据所述参数估计模块生成的当前杂波环境下的形状参数估计值和虚警率自适应产生归一化门限。
6.根据权利要求5所述的雷达通用恒虚警率检测器，其特征在于，所述虚警率的表达式如下:
7.一种雷达通用恒虚警率检测器的数据排序方法，其特征在于，提供如权利要求1所述的雷达通用恒虚警率检测器，执行包括以下步骤: Si，初始化数据表以及相对应的排序表，将值设为全零； S2，将排序表中第I单元的序号值与第2~η单元的序号值进行比较，若小于，则将第2~η单元的序号值分别减I ; S3，利用二元积累思想算出数据表中第η+1单元的数据在第2~η+1单元数据所组成的序列中的排序号； S4，将排序表中第2~η单元的序号值与第η+1单元的序号值进行比较，若大于，则将第2~η单元的序号值分别加I ; S5，分别舍去数据表和排序表中第I单元数据和排序号，将数据表和排序表中第2~η+1单元的数据和排序号更新至第I~η单元中； S6，重复步骤S2至步骤S5，即可实时更新数据表和排序表。
【文档编号】G01S7/41GK103558595SQ201310554436
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】秦轶炜, 孙元敏 申请人:上海航天测控通信研究所