CN102012503B - 基于秩和局部估计的选大和选小非参量恒虚警检测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于秩和局部估计选大和选小的非参量CFAR检测器，该技术属于雷达信号处理领域。现有基于秩序统计量的非参量CFAR检测器均是将两侧参考单元作为一个整体背景考虑，这样就将非参量检测器限制在均匀杂波背景中，当杂波背景非均匀时非参量检测器的性能严重下降。本发明将两侧参考单元分开考虑，利用检测单元采样值分别与两侧参考单元采样值比较获得两个相互独立的秩序统计量，将两个秩序统计量同时送入选择器选大或选小输出，然后再将选择器输出送入累加器累加求和得到本发明的检验统计量。秩和局部估计选大非参量检测器对非均匀杂波背景(包括多目标环境和杂波边缘环境)中的目标具有比传统非参量检测器优越的检测性能，并且易于实现，具有推广应用价值。

Description

基于秩和局部估计的选大和选小非参量恒虚警检测器

一、技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域中的秩和局部估计选大和选小目标检测方法，适用于各种现有雷达的信号处理系统。 

二、背景技术

在参量CFAR检测技术中，人们为了解决单元平均CA(Cell Average)-CFAR检测器在杂波边缘中引起虚警率上升和在多目标环境中导致检测性能下降的问题分别提出了最大选择GO(Greatest Of)-CFAR检测器和最小选择SO(Smallest Of)-CFAR检测器。在CA-CFAR检测器中，背景杂波功率水平由检测单元两侧所有参考单元的均值估计得到。而在GO-CFAR检测器中，取检测单元前后两个局部估计值中较大的一个作为总的杂波功率水平估计。与之相反，在SO-CFAR检测器中取检测单元前后两个局部估计值中较小的一个作为总的杂波功率水平估计。但是，参量CFAR检测器要求背景分布已知，当实际环境的分布与参量CFAR检测器所假设的分布不匹配时将导致其性能严重下降。 

非参量检测器因其不依赖于背景杂波的具体分布形式而比参量检测器具有更强的环境适应能力。传统非参量检测器如广义符号检测器(Generalized Sign：GS)、Mann-Whitney检测器(MW)和秩方检测器(Rank Square：RS)等对于检测单元两侧杂波背景均匀且采样间独立同分布的环境具有优越的性能。但是当检测单元两侧杂波背景非均匀(包括杂波边缘和多目标环境)甚至完全不满足独立同分布的条件时，利用实测数据分析的结果已经证明传统非参量检测器的目标检测性能严重下降甚至根本无法对目标进行有效的检测。 

在现有基于秩序统计量的非参量检测策略中，均是将检测单元的采样与两侧所有参考单元的杂波采样相比从而构造相应的非参量统计量。至今没有相关文献涉及与参量CFAR中GO-CFAR和SO-CFAR检测器的构造方式类似的非参量检测方案以及相关的研究。 

三、发明内容

1.要解决的技术问题 

本发明的目的在于提供可以在非均匀杂波背景(包括杂波边缘和多目标环境)中提高传统非参量检测器虚警控制能力和目标检测性能的非参量检测器，其中要解决的主要技术问题包括： 

(1)在雷达一次扫描中，将非参量检测器检测单元采样分别与前后参考单元杂波采样比较获得两个秩序统计量。 

(2)将得到的两个秩序统计量同时送入比较器，选取两者中较大者或较小者求和后输出获得秩和选大或秩和选小统计量。 

2.技术方案 

本发明所述秩和局部估计选大或选小非参量检测器，包括以下技术措施：首先将雷达包络检波后的视频信号输入延迟单元，利用抽头延迟线的抽头输出获得检测单元和两侧参考单元的采样值。在检测单元两侧分别设置两个保护单元防止检测单元信号能量泄露到两侧参考单元中。然后分别求取检测单元采样值在两侧参考单元中采样值的秩并选取两个秩中较大或较小者输出，将不同脉冲的输出进行积累求和得到秩和局部估计选大或选小统计量。最后，将得到的检验统计量与在一定虚警概率下得到的门限同时送入判决器比较后做出有无目标的判决，输出判决结果。 

3.有益效果 

本发明相比背景技术具有如下的优点： 

(1)该检测器不需要检测单元两侧背景均匀同分布的假设； 

(2)该检测器在非均匀背景中同样具有良好的目标检测性能； 

(3)该检测器在非均匀背景中的目标检测性能优于传统非参量检测器。 

四、附图说明

说明书附图中图1是本发明的实施流程图，图2是本发明核心部分检验统计量的形成原理框图。图1中装置1的功能由图2实现，装置2是求和器，装置3是判决器。图2中C₁C₂…C_m表示m个比较器。 

五、具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。参照说明书附图，本发明的具体实施方式分以下几个步骤： 

(1)假设信号来自于一个二维脉冲雷达系统，为了完成在某一个具体的距离单元中对所有方位上H₀假设(没有目标)对于H₁假设(有目标)的检验，在距离向上取与被检测单元邻近的周围距离单元对应的M＝2m个采样作为参考样本，这些距离单元被称为参考单元，m为前沿或后沿参考单元数。认为对每一个方位都有一个脉冲个数为N的脉冲串(等于每个天线波束宽度内的脉冲个数)，对于第j(j＝1，…，N)个脉冲，分别用x_ji和y_ji(j＝1，…，N，i＝1，…，m)代表检测单元两侧参考单元采样，此时检测单元的信号样本采样用z_j表示，并且假设x_ji和y_ji分别统计独立同分布。 

在图1中将来自第j(j＝1，…，N)个脉冲回波包络检波器的输出同时送入装置1，装置1的功能如图2所示，这里称其为局部秩估计器。局部秩估计器的具体功能如下： 

a)分别将两侧参考单元的采样值与检测单元采样值送入比较器C₁C₂…C_m进行比较， 如果检测单元采样值大于或等于参考单元采样值比较器输出“1”，反之则输出“0”。即 

$U(z_j-x_{\mathrm{ji}})=\left\{\begin{array}{cc}1,& z_j-x_{\mathrm{ji}}\&GreaterEqual;0\\ 0,& z_j-x_{\mathrm{ji}}<0\end{array}\right.,j=1,...,N,i=1,...,m$

$U(z_j-y_{\mathrm{ji}})=\left\{\begin{array}{cc}1,& z_j-y_{\mathrm{ji}}\&GreaterEqual;0\\ 0,& z_j-y_{\mathrm{ji}}<0\end{array}\right.,j=1,...,N,i=1,...,m$

b)然后将两侧比较器的输出分别送入前后两个求和器求和，分别得到检测单元采样在两侧参考单元采样中的秩序统计量 

$R_j^x=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}U(z_j-x_{\mathrm{ji}}),j=1,...,N,i=1,...,m$

$R_j^y=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}U(z_j-x_{\mathrm{ji}}),j=1,...,N,i=1,...,m$

c)将得到的前后两个秩序统计量送入选择器选取两者中较大者或较小者输出。 

(2)然后将N个装置1的输出送入装置2求和得到秩和选大或秩和选小统计量输出，与这两个检验统计量对应的非参量检测器分别称其为秩和局部估计选大(Greatest of Rank Sum：GORS)检测器和秩和局部估计选小(Smallest of Rank Sum：SORS)检测器。两个检测器检验统计量分别如下式所示 

$T_{\mathrm{GORS}}=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\max (R_j^x,R_j^y),j=1,...,N$

$T_{\mathrm{SORS}}=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\min (R_j^x,R_j^y),j=1,...,N$

(3)将装置2输出的检验统计量与给定虚警概率下的检测门限一同送入比较器3进行比较，如果检验统计量高于检测门限，判决为存在目标信号，否则判决为没有目标信号。 

Claims (1)

1.秩和局部估计选大或选小检测器，其特征在于包括以下技术措施：

(1)分别求取检测单元采样值在两侧参考单元采样值中的秩序统计量；

(2)选取两个秩序统计量中较大或较小者输出求和获得相应检验统计量；

(3)将所得检验统计量分别与各自检测器在一定虚警概率条件下的检测门限进行比较从而判决目标是否存在；

上述检验统计量的获取方法如下：在距离向上取与被检测单元邻近的周围距离单元对应的M＝2m个采样作为参考样本，这些距离单元被称为参考单元，m为前沿或后沿参考单元个数；认为对每一个方位都有一个脉冲个数为N的脉冲串，即每个天线波束宽度内的脉冲个数等于N，对于第j个脉冲，分别用x_ji和y_ji代表检测单元两侧参考单元采样，此时被检测单元的信号样本采样用zj表示，其中j＝1，…N，i＝1，…，m；将两侧参考单元采样值经抽头延迟线抽头输出后送入比较器分别与送入的检测单元采样值进行比较，如果检测单元采样值大于或等于参考单元采样值，比较器输出“1”，反之则输出“0”，即

j＝1，…，N，i＝1，…，m

j＝1，…，N，i＝1，…，m

将检测单元两侧比较器的输出送入求和器求和，分别得到检测单元采样在两侧参考单元采样中的秩序统计量

j＝1，…，N，i＝1，…，m

j＝1，…，N，i＝1，…，m

将得到的两个秩序统计量送入最大选择器或最小选择器选择输出，输出值送入积累器累加求和，求和输出即为如下两非参量检测器的检验统计量：

秩和局部估计选大检测器的检验统计量

j＝1，…，N

秩和局部估计选小检测器的检验统计量 

j＝1，…，N

将累加器输出的检测统计量与给定虚警概率条件下的检测门限值一同送入判决器进行判决，如果检测统计量高于检测门限值，则判决为存在目标信号，否则判决为没有目标信号。 

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