CN109782248B - 一种雷达杂波处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种雷达杂波处理方法，首先通过对脉压后的数据进行非相参积累提高信噪比，然后采用单元平均选大恒虚警的方法解算检测门限，同时用前一帧每个波位做完非相参积累的距离单元数据的杂波图处理存储的数据与当前帧同一方位距离单元的数据乘加权系数叠加之后得到新的门限，通过与恒虚警检测的门限比较选出较大者最终与输入信号积累后的数据进行比较，选大输出。本发明能够依据现场环境的变化实时更新杂波图，同时将虚警概率检测与杂波图结合，更符合工程应用中的杂波分布均匀和非均匀的情况，效果较传统方法具有更好的实时性和工程适用性。

Description

一种雷达杂波处理方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种用于固态化搜索雷达的杂波处理方法。
背景技术
雷达探测主要是通过物体对电磁信号的反射来实现，但接收到的信号包含很多复杂的影响因素，其中涉及地杂波、气象杂波、海杂波等。因此对于动目标的检测变得复杂，尤其是对海领域，海杂波的完全消除截至目前都作为世界难题不能被根本解决。传统的海杂波的处理都是通过长时间记录存储海上数据，分析杂波符合何种数学分布，进而作相应处理。但因海杂波实际上并不是完全符合一种分布，所以单一的处理方法效果并不理想。杂波的存在对于搜索雷达来说导致不易提取目标信息，跟踪雷达的航迹点迹处理难度也相对提高，因此消除杂波对于搜索雷达或者是跟踪雷达来说意义非常重大。
传统的杂波图检测方法是对接收回波信号进行采样，经过脉压之后对同一方位上的n个发射脉冲做积累结果为Cn，m(l)，对前后两次扫描周期方位-距离单元的数据做一阶递归滤波得到En，m(l-1)，将各方位-距离单元滤波后的结果乘以门限乘子存入电可擦除可编程E2PROM中，作为检测判决门限与检测信号比较，若Cn，m(l)≥KEn，m(l-1)则判为有信号，否则判为无效。这种方法称为静态杂波图，缺点是雷达一旦开机杂波就不断的运算更新，趋于稳定后将杂波强度数据存入存储器中，一旦杂波图形成存入存储器不经人工干预杂波图不变，因此实时性较差，这对于现代体制下的多通道、多工作模式雷达来说适用性差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种恒虚警动态杂波图检测方法，不仅能够根据雷达周边环境的变化及时更新杂波图，还能够通过非相参积累提高信噪比，同时结合杂波图与恒虚警检测提高目标检测概率，有效提高目标检测性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)根据回波信号采样的数据量提前计算存储杂波图所需存储空间大小，将天线旋转一周的扫描方位划分为若干方位距离单元，以各种工作方式下方位距离单元的最大数据量划分地址存储空间；
(2)对接收的回波信号进行采样脉压之后做非相参积累；将脉压后的数据求模结果
Figure GDA0003699172530000021
其中，Re为信号实部，Im为信号虚部，k表示第几个重复脉冲信号，k＝1～m，把m个发射周期的数据相加得到
Figure GDA0003699172530000022
(3)将非相参积累后的数据进行一阶递归滤波，将前一帧的杂波图结果与当前帧输入做数据平均，En，m(l)＝(1-q)*En，m(l-1)+q*Dn，m(l)，其中En，m表示n*m个方位距离单元上的杂波图，Dn，m表示当前输入数据，l-1表示前一个天线扫描周期，En，m(l-1)表示前一帧的杂波图数据，l表示当前扫描周期，En，m(l)表示当前帧计算的杂波图，q表示设定的加权系数；
将非相参积累后的数据采用滑窗的方式进行单元平均选大恒虚警处理计算CFAR门限；首先设置参考单元与保护单元的个数，参考单元有r个，保护单元有p个，将做完非相参积累后的一个波位上的数据分三段重新排序，
当i＝0～temp时，a1(i)＝a(temp-1-i)；
当i＝temp～N+temp时，a1(i)＝a(i-temp)；
当i＝N+temp～N+2*temp时，a1(i)＝a(N*2+temp-1-i)；
其中temp＝p+r；
各方位-距离单元分别计算当前单元的G_ave1[i]和G_ave2[i]，选出较大的结果作为恒虚警门限Gen[i]；
Figure GDA0003699172530000023
Figure GDA0003699172530000024
(4)将步骤(3)计算的杂波图数据乘以设定的杂波因子K1，然后与对应距离单元上的恒虚警门限Gen[i]进行比较，选出较大值做杂波图门限Clu_Gen[i]。当前输入信号方位-距离单元的值与求得的杂波门限Clu_Gen[i]作比较，若输入信号过门限，输出值为输入信号的值，否则输出0。
本发明的有益效果是：基于一种动态杂波图处理方法，一方面设计了单元平均选大恒虚警杂波图的计算方法；另一方面可满足多状态下的杂波图数据实时更新功能，对多变的周边环境有更好的自适应性，弥补了以往静态杂波图断电不可擦除，实时性欠佳的缺点，有效的提高了对动目标的识别。
附图说明
图1是天线扫描存储单元划分方法示意图；
图2是动态杂波图的实现算法流程图；
图3是单元平均选大恒虚警检测器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明的技术方案描述如下：
(1)初始化杂波图存储区
根据回波信号采样的数据量提前计算存储杂波图所需存储空间大小，分别以多种工作方式为条件将存储器按天线旋转一周的扫描方位如图1所示按方位距离单元的划分方法，方位和距离单元分别选择最大数据量的单元数划分地址存储空间。
(2)非相参积累
首先对接收回波信号，经过采样脉压之后，做非相参积累。将脉压后的数据求模结果为sn，m(k)，把m个发射周期的数据相加得到Dn，m(l)，计算过程参照表达式(1)～(2):
Figure GDA0003699172530000031
Figure GDA0003699172530000032
其中，Re为信号实部，Im为信号虚部，k表示第几个重复脉冲信号。
(3)帧间递归数据和单元平均选大恒虚警门限
对非相参积累后的数据Dn，m(l)分别进行恒虚警门限计算以及帧间递归滤波。
(a)将非相参积累后的数据进行一阶递归滤波，将前一帧的杂波图结果与当前帧输入做数据平均，具体公式如下：
Figure GDA0003699172530000033
式(3)中En，m表示n*m个方位-距离单元上的杂波图，Dn，m表示当前输入数据，“l-1”表示前一个天线扫描周期，En，m(l-1)表示前一帧的杂波图数据，“l”表示当前扫描周期，En，m(l)表示当前帧计算的杂波图，q表示加权系数。
(b)将非相参积累后的数据采用滑窗的方式进行单元平均选大恒虚警处理计算CFAR门限。首先设置参考单元与保护单元的个数，按照图2所示，参考单元有r个，保护单元有p个，将做完非相参积累后的一个波位上的数据分三段重新排序，如下式(4)至(6)：
a1(i)＝a(temp-1-i)；其中i＝0～temp (4)
a1(i)＝a(i-temp)；其中i＝temp～N+temp (5)
a1(i)＝a(N*2+temp-1-i)；其中i＝N+temp～N+2*temp (6)
其中temp＝p+r；p为保护单元个数，r为参考单元个数。
以计算第一个距离单元数据门限为例，参考式(4)排序之后对数组a1做处理，用前面r个数据求和平均
Figure GDA0003699172530000041
与a1[2*p+r+1]起始的r个数据求和平均后的值
Figure GDA0003699172530000042
比较，选择大的值乘以比例因子K得到最终的门限值Gen[0]；第二个单元的门限求解在第一个单元求和
Figure GDA0003699172530000043
的基础上减去前一个单元值a1[0]，加上排序后a1[r]单元的值求平均得到当前单元的G_ave1[i]和G_ave2[i]即
Figure GDA0003699172530000044
Figure GDA0003699172530000045
比较式(7)式(8)选出较大的结果作为恒虚警门限Gen[1]。各方位-距离单元的门限值依次按式(7)～(8)计算。
(4)经杂波处理后数据的选择性输出
利用单元平均选大恒虚警解算出的CFAR门限值与存储的杂波图数据比较选出较大值即K1*E(l)(i)>Gen(i)？K1*E(l)(i):Gen(i)的结果作为门限值与当前一帧同一方位-距离单元上的数据进行比较，最终将大于门限的值原样输出，小于门限的值输出0。
本发明的实施例包括以下步骤：
(1)杂波图存储区划分
如图1所示，天线扫描范围0°～360°，根据回波信号采样的数据量大小提前计算存储杂波图所需存储空间大小，分别以不同工作方式为条件变量将存储器按天线旋转一周的扫描方位以及最大距离单元数划分地址存储空间，这里按雷达最大量程来定义距离单元的个数为M个，方位单元有N个。
(2)对接收到的回波信号进行采样脉压处理，经过非相参积累，将重复脉冲数内的对应距离单元数据求模相加，具体运算步骤如式(1)～(2)；
(3)动态杂波图建立。假设雷达的距离单元为M个，方位单元为N个，杂波图存储器至少需要一个容量为NM的数据存储器。由于雷达接收的杂波是一个随机过程，天线不同的扫描周期所得到的信号强度是时变的，所以，杂波图的建立是一个不同扫描周期对数据平均的过程，具体计算参照式(3)，假设雷达架设环境不变，q为0.75，则杂波图在第四帧结束之后便会建立，并且会实时更新，这里q的选择可根据雷达所处环境调节。
(4)采用单元平均选大恒虚警CFAR。首先设置参考单元与保护单元的个数，如图3所示为实现的具体流程图，假设参考单元有r个，保护单元有p个，对输入信号重排首尾以及中间为滑窗处理做准备，经过数据重排之后，做滑窗处理求平均可有效提高两侧比较门限选择的可靠性和可信度。
具体算法如下：假如输入数据为N个数据。
1)排序
将做完非相参积累后的一个波位上的数据分三段重新排序，如上式(4)至(6)所示计算。
2)求解单元平均选大恒虚警检测门限
如图3所示为单元平均选大恒虚警检测门限得实现流程图，以计算第一个距离单元数据门限为例，对步骤1)排序后的数组a1前r个数据求和平均G_ave1[0]与a1[2*p+r+1]起始的r个数据求和平均后的值G_ave2[0]比较，具体运算参照式(9)～(10)。
Figure GDA0003699172530000051
Figure GDA0003699172530000052
G_ave1[0]>G_ave2[0]？G_ave1[0]:G_ave2[0]的比较结果乘以比例因子K得到最终的门限值Gen[0]；第二个单元的门限求解在第一个单元求和
Figure GDA0003699172530000053
的基础上减去前一个单元值a1[0]，加上排序后a1[r]单元的值求平均得到当前单元的G_ave1[i]和G_ave2[i]即如式(11)(12)所示。
Figure GDA0003699172530000054
Figure GDA0003699172530000061
比较两者选出较大的值作为恒虚警门限Gen[1]，各方位距离单元的门限计算方法同上。
(5)杂波图门限比较。
依步骤(4)计算得到的恒虚警门限Gen[i]以及通过式(3)计算并保存下来的杂波图数据乘以杂波因子即K1*En，m(j)(i)，用两者对应距离单元上的数据比较选出较大值做杂波图门限Clu_Gen[i]。当前输入信号方位-距离单元的值与求得的杂波门限Clu_Gen[i]作比较即K1*E(l)(i)>Gen(i)？K1*E(l)(i):Gen(i)的结果作为最终判决门限，若输入信号过门限，输出值为输入信号的值，否则输出0。

Claims (1)

1.一种雷达杂波处理方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)根据回波信号采样的数据量提前计算存储杂波图所需存储空间大小，将天线旋转一周的扫描方位划分为若干方位距离单元，以各种工作方式下方位距离单元的最大数据量划分地址存储空间；
(2)对接收的回波信号进行采样脉压之后做非相参积累；将脉压后的数据求模结果
Figure FDA0003699172520000011
其中，Re为信号实部，Im为信号虚部，k表示第几个重复脉冲信号，k＝1～m，把m个发射周期的数据相加得到
Figure FDA0003699172520000012
(3)将非相参积累后的数据进行一阶递归滤波，将前一帧的杂波图结果与当前帧输入做数据平均，En，m(l)＝(1-q)*En，m(l-1)+q*Dn，m(l)，其中En，m表示n*m个方位距离单元上的杂波图，Dn，m表示当前输入数据，l-1表示前一个天线扫描周期，En，m(l-1)表示前一帧的杂波图数据，l表示当前扫描周期，En，m(l)表示当前帧计算的杂波图，q表示设定的加权系数；
将非相参积累后的数据采用滑窗的方式进行单元平均选大恒虚警处理计算CFAR门限；首先设置参考单元与保护单元的个数，参考单元有r个，保护单元有p个，将做完非相参积累后的一个波位上的数据分三段重新排序，
当i＝0～temp时，a1(i)＝a(temp-1-i)；
当i＝temp～N+temp时，a1(i)＝a(i-temp)；
当i＝N+temp～N+2*temp时，a1(i)＝a(N*2+temp-1-i)；
其中temp＝p+r；
各方位-距离单元分别计算当前单元的G_ave1[i]和G_ave2[i]，选出较大的结果作为恒虚警门限Gen[i]；
Figure FDA0003699172520000013
Figure FDA0003699172520000014
(4)将步骤(3)计算的杂波图数据乘以设定的杂波因子K1，然后与对应距离单元上的恒虚警门限Gen[i]进行比较，选出较大值做杂波图门限Clu_Gen[i]。当前输入信号方位-距离单元的值与求得的杂波门限Clu_Gen[i]作比较，若输入信号过门限，输出值为输入信号的值，否则输出0。
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