本发明涉及一种场面监视雷达恒虚警处理方法，涉及雷达目标检测领域。
背景技术：
随着国内航空运输业的发展和航空公司的日益壮大，机场的年吞吐量逐年递增，飞行业务量的增加使机场地服车辆也相应增加，如何在复杂的机场环境和恶劣的气象条件下管理好日益增多的飞机和车辆，成为机场地面指挥管理中急需解决的问题。
场面监视雷达是监视机场中飞行区域的飞机及车辆等地面移动目标或固定障碍物的雷达，帮助塔台和站坪的管制员借助场面监视雷达显示器清楚地了解地面飞机和车辆的位置，为机场复杂变化的态势提供全天时全天候的状态感知。
由于场面监视雷达的原理等同于一次雷达，因此不可避免的存在由于机场的地形和环境复杂导致背景杂波干扰较强的问题，此外，不同的气象条件，特别是暴雨等恶劣的气象条件，导致杂波复杂变换，引入了更多的干扰，使得回波中夹杂着各种不同原因造成的虚假目标和大量杂波信号。使得雷达信号的检测在强干扰背景中进行，包括接收机内部的热噪声，以及地物、雨、雪等杂波干扰，对于固定阀值的门限检测，如果干扰电平随机增大，将大大增加虚警的概率，此时即使有足够的信噪比，也不能正确的判定目标。因此，在强干扰背景中提取目标，不仅要求有一定的信噪比，还必须有恒虚警(CFAR：Constant False Alarm Rate)处理。恒虚警处理技术作为场面监视雷达信号处理技术的重点和难点，其目的是根据杂波的复杂变化实时计算出相应的检测门限，以保持信号检测时的虚警概率恒定，达到在随机变化的强干扰中有效提取目标，保护信号处理器不会因为虚警太多而导致过载的目的。
传统的场面监视雷达恒虚警处理的方法利用与检测单元周围邻近的杂波单元回波采样值来计算当前检测单元的背景杂波，将此背景杂波作为目标检测的门限值。这种方法计算的检测门限值受邻近的杂波单元的回波强度影响较大，当检测单元的邻近区域回波强度强烈变化时，形成的检测门限往往随着邻近区域回波强度变化而产生剧烈的变化，当空间上目标较多且距离较近时，对邻近的两个目标进行检测的检测门限相互影响较大，严重时会出现误判，造成虚警或漏警。
传统场面监视雷达恒虚警处理的方法对每一次的杂波图数据进行迭代计算，不仅增大了计算的工作量，而且会将目标的数据也误判入杂波图数据中，对杂波图形成错误的估计。
传统的场面监视雷达恒虚警处理的方法对每一次的杂波图数据进行迭代计算，不仅增大了计算的工作量，而且会将目标的数据也误判入杂波图数据中，对杂波图形成错误的估计。
技术实现要素：
本发明要提供了一种场面监视雷达恒虚警处理方法，具有更适用于在空间上目标数量多且邻近区域背景杂波强度变化剧烈的恒虚警处理。
根据本发明提供的一种场面监视雷达恒虚警处理方法，具体方法包括，
建立精细杂波图(101)，按照方位和距离单元进行精细杂波图划分，建立精细杂波图；
计算杂波图稳定时的参数(102)，根据迭代公式和系统要求的虚警概率Pfa，计算杂波图稳定时需要的迭代次数L、迭代因子ω和门限因子T；具体方法包括，
根据迭代公式计算每个杂波图单元的迭代结果；其中，qn(k)为是第k个杂波图检测单元在天线的第n次扫描时的回波数据；是第k个杂波图检测单元的经过n-1次扫描后的杂波图值；是第k个杂波图检测单元的经过n次扫描后的杂波图值；n为大于等于1的自然数；
选择M×N个杂波图检测单元中任意第k个点作为迭代，那么从第1次迭代到第n次的迭代展开公式如下：
……
令迭代后
即
杂波图数据根据迭代公式动态刷新，经多次扫描迭代后，杂波图逐步趋于平缓稳定，与雷达扫描的实际杂波图一致，迭代次数为L，根据系统要求的检测虚警率Pfa，获得迭代次数L、迭代因子ω和门限系数T的关系：
迭代因子ω在0～1中取不同值时，绘出L和T的关系曲线，通过曲线可以发现，经过L次积累后，杂波图门限因子T变化逐渐趋于平缓稳定，对目标和环境变化剧烈的杂波进行处理，选择多条曲线中使T趋于平稳的值L；
通过多条曲线确定迭代次数L后，代入Pfa表达式，得到ω与T的关系曲线，选定ω，根据选定的ω和L，代入Pfa的表达式，得到参数T；
设置更新判断参数(103)，设置目标检测门限系数TD、杂波图更新上限系数TH和杂波图更新下限系数TL；
读取回波数据和杂波数据(104)，读取当前回波数据和上一次迭代的杂波图数据；
目标判断(105)，计算当前检测门限系数将计算结果与设置目标检测门限系数TD进行比较，如果TS≥TD，则判定当前回波数据为目标回波，否则为杂波；
杂波更新判断(106)，如果当前回波数据判断为杂波，则结合TH和TL进一步判断是否需要进行杂波图更新；判断依据为：如果TH＜TS＜TD，判定为偶尔突发性的杂波，不更新杂波图；如果TL≤TS≤TH，判定为杂波的波动范围，需要更新杂波图；如果TS＜TL，判定为杂波图的下限范围，不更新杂波图；否则，更新杂波图；
杂波图更新(107)，根据杂波图更新使能，按照迭代计算公式，动态更新杂波图，获得目标自适应检测门限；更新的具体方法包括，
将当前回波数据qn(k)与迭代系数ω相乘，得到当前回波更新的加权值，将上一次的杂波图值与系数(1-ω)相乘，得到上一次杂波图更新的加权值；
按照迭代计算公式将上述两个加权值相加求和，得到本次更新的杂波图数据
将计算得到的本次更新的杂波图数据存储到杂波图存储空间，作为下一次的杂波图参照，同时相当于自动调整了下一次的目标检测门限。
建立精细杂波图的具体方法包括，根据雷达扫描距离范围R、扫描方位范围Z、方位分辨力θ和距离分辨力r的指标要求初步将扫描范围划分为方位向M个单元和距离向N个单元，由此雷达扫描范围被划分成M×N个杂波图检测单元，建立精细杂波图；其中，为自然数；为自然数。
建立精细杂波图的方法还包括，M和N均按照2的指数进行取值，且作为精细化杂波图检测单元的最终划分。
建立精细杂波图的方法还包括，建立一个行为M，列为N的2维存储空间，将雷达扫描范围内的数据存储在此空间中，方位向上从0～(M-1)依次存储，距离向上从0～(N-1)依次存储，每一个存储单元对应一个方位向和一个距离向。
ω选定时，选择门限因子T最低的位置对ω取值。
ω选定时，ω取值尽可能为2的指数的倒数，由此确定ω。
所述方法还包括，在读取回波数据和杂波数据(104)中，根据回波数据所处方位向，从存储单元中读取上一次迭代的杂波图数据，即读取方位向为i的N个距离向的杂波图数据通过AD采样、数字下变频、脉冲压缩、数据求模等处理，获得当前方位向i输入的回波数据qn((i-1)*n)～qn(i*n-1)；将读取的杂波图数据和当前的回波数据qn((i-1)*n)～qn(i*n-1)进行同步对齐，以便进行迭代运算。
所述方法还包括，在目标判断(105)中，将设置的目标检测门限系数TD与读取的杂波图数据相乘，得到目标判定的门限；将目标判定门限与当前回波数据进行比较，若当前回波数据大于等于目标判定门限，则判定当前回波为有效目标，无需进行杂波图更新，直接输出；若当前回波数据小于目标判定门限。
所述方法还包括，在杂波更新判断(106)中，根据获得的杂波图的上门限系数TH与读取的杂波图数据相乘，得到是否更新杂波图的上门限值；根据获得的杂波图的下门限系数TL与读取的杂波图数据相乘，得到是否更新杂波图的下门限值；将更新杂波图的上门限值和下门限值与回波数据比较，当回波数据大于杂波图的上门限值时，认为是突发杂波，不更新杂波图；当回波数据小于等于杂波图的上门限值，但大于等于更新杂波图的下门限值时，认为是杂波的波动，需要更新杂波图；当回波数据小于杂波图的下门限值时，认为是杂波的微小波动，不更新杂波图。
与现有技术相比，本发明方案采用检测单元自身回波迭代的计算方式，实现基于检测单元独立的检测门限计算方法，使计算杂波单元的检测门限时不会受邻近区域单元的回波影响，从而实现目标检测的独立性，并且迭代中使用了检测单元的历史回波数据进行迭代积累，在L次有限迭代计算后趋于实际背景杂波，特别适用于在空间上目标数量多且邻近区域背景杂波强度变化剧烈的恒虚警处理。
附图说明
图1是本发明其中一实施例的流程示意图。
图2为本发明其中一实施例的按方位、距离单元进行划分的杂波图检测单元示意图。
图3为本发明其中一实施例的采用精细杂波图和普通杂波图对目标识别后的分辨率影响的对比示意图。
图4为本发明其中一实施例的迭代公式及实现原理图。
图5是本发明其中一实施例根据虚警概率Pfa的计算公式，通过多个经典参数ω值，计算门限因子T与迭代次数L的关系，最终通过L趋于平缓来确定L的取值关系分析图。
图6是本发明其中一实施例根据虚警概率Pfa的计算公式，确定迭代次数L后，计算门限因子T与迭代因子ω的关系，最终通过获得门限因子的最低点来确定参数ω的取值关系分析图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，一种场面监视雷达恒虚警处理方法，具体方法包括，
建立精细杂波图(101)，按照方位和距离单元进行精细杂波图划分，建立精细杂波图；
计算杂波图稳定时的参数(102)，根据迭代公式和系统要求的虚警概率Pfa，计算杂波图稳定时需要的迭代次数L、迭代因子ω和门限因子T；具体方法包括，
如图4所示，根据迭代公式计算每个杂波图单元的迭代结果；其中，qn(k)为是第k个杂波图检测单元在天线的第n次扫描时的回波数据，即当前输入的回波数据；是第k个杂波图检测单元的经过n-1次扫描后的杂波图值，即从存储空间读取的上一次迭代计算的杂波图数据；是第k个杂波图检测单元的经过n次扫描后的杂波图值，即为当前回波数据qn(k)为和上一次迭代计算的杂波图值数据按照迭代公式计算的本次的杂波图数据；n为大于等于1的自然数；
选择M×N个杂波图检测单元中任意第k个点作为迭代，那么从第1次迭代到第n次的迭代展开公式如下：
……
因为杂波图存储的背景估计初值未知，所以令迭代后
即
杂波图数据根据迭代公式动态刷新，经多次扫描迭代后，杂波图逐步趋于平缓稳定，与雷达扫描的实际杂波图一致，迭代次数为L，根据系统要求的检测虚警率Pfa，获得迭代次数L、迭代因子ω和门限系数T的关系：
迭代因子ω在0～1中取不同值(ω的经验取值通常为0.03125～0.25之间，通常取ω＝0.03125，ω＝0.0625，ω＝0.125)时，绘出L和T的关系曲线，通过曲线可以发现，经过L次积累后，杂波图门限因子T变化逐渐趋于平缓稳定(如图5)，即杂波背景变化趋于平缓稳定，此时只需要对目标和环境变化剧烈的杂波进行处理，对于变化相对稳定的其他背景杂波，则不需要处理。选择多条曲线中使T趋于平稳的值L(一般取值30～50)；
通过多条曲线确定迭代次数L后，代入Pfa表达式，得到ω与T的关系曲线，选定ω，根据选定的ω和L，代入Pfa的表达式，得到参数T；
根据经验设置更新判断参数(103)，设置目标检测门限系数TD、杂波图更新上限系数TH和杂波图更新下限系数TL；
读取回波数据和杂波数据(104)，读取当前回波数据和上一次迭代的杂波图数据；
目标判断(105)，计算当前检测门限系数将计算结果与设置目标检测门限系数TD进行比较，如果TS≥TD，则判定当前回波数据为目标回波，否则为杂波；
将设置的目标检测门限系数TD与读取的杂波图数据相乘，得到目标判定的门限
杂波更新判断(106)，如果当前回波数据判断为杂波，则结合TH和TL进一步判断是否需要进行杂波图更新；判断依据为：如果TH＜TS＜TD，判定为偶尔突发性的杂波，不更新杂波图；如果TL≤TS≤TH，判定为杂波的波动范围，需要更新杂波图；如果TS＜TL，判定为杂波图的下限范围，不更新杂波图；否则，更新杂波图；
杂波图更新(107)，根据杂波图更新使能，按照迭代计算公式，动态更新杂波图，获得目标自适应检测门限；更新的具体方法包括，
将当前回波数据qn(k)与迭代系数ω相乘，得到当前回波更新的加权值，将上一次的杂波图值与系数(1-ω)相乘，得到上一次杂波图更新的加权值；
按照迭代计算公式将上述两个加权值相加求和，得到本次更新的杂波图数据
将计算得到的本次更新的杂波图数据存储到杂波图存储空间，作为下一次的杂波图参照，同时相当于自动调整了下一次的目标检测门限。
本发明方案采用检测单元自身回波迭代的计算方式，实现基于检测单元独立的检测门限计算方法，使计算杂波单元的检测门限时不会受邻近区域单元的回波影响，从而实现目标检测的独立性，并且迭代中使用了检测单元的历史回波数据进行迭代积累，在L次有限迭代计算后趋于实际背景杂波，特别适用于在空间上目标数量多且邻近区域背景杂波强度变化剧烈的恒虚警处理。
传统的场面监视雷达恒虚警处理的方法对每一次的杂波图数据进行迭代计算，不仅增大了计算的工作量，而且会将目标的数据也误判入杂波图数据中，对杂波图形成错误的估计。本发明方案不但明确了目标和杂波，还大量减少了杂波图更新的工作量，因此使用此方案可大量降低冗余计算，减少系统资源消耗，提升系统工作效率。
作为本发明的一种实施方式，如图2所示，建立精细杂波图的具体方法包括，根据雷达扫描距离范围R、扫描方位范围Z(通常为360°)、方位分辨力θ和距离分辨力r的指标要求初步将扫描范围划分为方位向M个单元和距离向N个单元，由此雷达扫描范围被划分成M×N个杂波图检测单元，建立精细杂波图；其中，为自然数；为自然数。
作为本发明的一种实施方式，如图3所示，建立精细杂波图的方法还包括，M和N均按照2的指数进行取值，且作为精细化杂波图检测单元的最终划分，以进一步精细化杂波图，且方便计算和实现。
作为本发明的一种实施方式，建立精细杂波图的方法还包括，建立一个行为M，列为N的2维存储空间，将雷达扫描范围内的数据存储在此空间中，方位向上从0～(M-1)依次存储，距离向上从0～(N-1)依次存储，每一个存储单元对应一个方位向和一个距离向，存储空间内的杂波图值称为雷达扫描范围内的杂波图。
作为本发明的一种实施方式，ω选定时，如图6，系统要求在虚警率Pfa恒定的情况下，尽可能提高发现概率Pd，因此选择门限因子T最低的位置对ω取值。
作为本发明的一种实施方式，ω选定时，为便于计算，ω取值尽可能为2的指数的倒数，由此确定ω。
作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，在读取回波数据和杂波数据(104)中，根据回波数据所处方位向，从存储单元中读取上一次迭代的杂波图数据，即读取方位向为i的N个距离向的杂波图数据通过AD采样、数字下变频、脉冲压缩、数据求模等处理，获得当前方位向i输入的回波数据qn((i-1)*n)～qn(i*n-1)；将读取的杂波图数据和当前的回波数据qn((i-1)*n)～qn(i*n-1)进行同步对齐，以便进行迭代运算。
作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，在目标判断(105)中，将设置的目标检测门限系数TD与读取的杂波图数据相乘，得到目标判定的门限；将目标判定门限与当前回波数据进行比较，若当前回波数据大于等于目标判定门限，则判定当前回波为有效目标，无需进行杂波图更新，直接输出；若当前回波数据小于目标判定门限。
作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，在杂波更新判断(106)中，根据获得的杂波图的上门限系数TH与读取的杂波图数据
相乘，得到是否更新杂波图的上门限值；根据获得的杂波图的下门限系数TL与读取的杂波图数据相乘，得到是否更新杂波图的下门限值；将更新杂波图的上门限值和下门限值与回波数据比较，当回波数据大于杂波图的上门限值时，认为是突发杂波，不更新杂波图；当回波数据小于等于杂波图的上门限值，但大于等于更新杂波图的下门限值时，认为是杂波的波动，需要更新杂波图；当回波数据小于杂波图的下门限值时，认为是杂波的微小波动，不更新杂波图。