CN110095762B - 雷达二维恒虚警检测方法、系统、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种雷达二维恒虚警检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质，包括：对田字型参考窗的距离维进行OS‑CFAR处理，得到田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；从田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到并利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和标称化门限因子，得到并利用检测门限值，将低于检测门限值的信号归零，筛选出待检单元的真实目标；本申请将参考窗设置为田字型参考窗减少保护单元和参考单元，减少计算量，从而提升精准度，同时，结合OS‑CFAR和CA‑CFAR，避免了CA‑CFAR在多目标情况下会出现的目标遮蔽现象。

Description

雷达二维恒虚警检测方法、系统、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及雷达领域，特别涉及一种雷达二维恒虚警检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

在雷达系统中，对统计检测的性能估计通常需要对目标和背景进行建模，雷达检波器中将接收到的回波信号幅值与固定门限值作比较，当幅度值高于固定门限值，则判定为目标存在，但是在实际的雷达应用中，总会出现许多不同类型的噪声和杂波的复杂环境背景，而且这些杂波将随着时间和空间的不同时刻改变，所以一旦当这些不同种类的噪声和杂波高于固定门限值就会产生虚警或漏警，因为在非均匀的噪声和杂波环境下，真实的目标信号会被这些干扰信号所湮没所以会产生漏警。为了保持一个恒定的虚警概率，在复杂的噪声和杂波环境下必须自适应地调整门限值来降低虚警。

雷达目标恒虚警检测主要包括均值类CFAR(Constant False-Alarm Rate)和有序统计类CFAR，最早被提出的是单元平均恒虚警概率。在均匀的噪声和杂波背景环境下，CA-CFAR(Cell-Averaging Constant False-Alarm Rate)表现出了优异的检测性能，但是在非均匀的杂波背景环境下，CA-CFAR的检测性能大大降低。后来随着雷达恒虚警技术的不断发展，相继提出了基于有序统计的恒虚警处理技术(Order Statistics Constant False-Alarm Rate，OS-CFAR)，并在非均匀杂波背景环境下表现出优异的检测性能，而且在多目标环境下也能表现出良好的检测效率。以上提出的均值类和有序统计类CFAR通常是在距离维的研究基础之上，但是杂波和噪声不仅只存在于距离维，在多普勒维同样也会存在。

雷达目标检测的主要任务是在距离-多普勒维数据所组成的距离-多普勒矩阵(Range Doppler Matrix，RDM)中的每个检测单元做出判决，目标检测的信号处理过程如图1所示。

二维的恒虚警检测首先需要准确地估计系统噪声水平以及确定好参考窗，常见的二维参考窗都是由M×N个参考单元组成的矩形参考窗，其中M、N分别为距离维和多普勒维索引，二维CA-CFAR矩形参考窗如图2所示。

但现有技术中的传统二维矩形窗拥有无关参考单元多、计算量大等缺点，导致虚警检测效率和准确性降低。

为此，本申请在于提出一种能够进一步提升雷达的虚警检测效率和准确性的检测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种雷达二维恒虚警检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质，提升雷达的虚警检测效率和准确性。其具体方案如下：

一种雷达二维恒虚警检测方法，包括：

对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到所述田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；

根据预设的选值条件，从所述田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值；

利用所述检测门限值，对所述待检单元进行检测，将低于所述检测门限值的信号归零，筛选出待检单元的真实目标；

其中，所述田字型参考窗包括待检单元、保护单元和参考单元，保护单元以所述待检单元为中心，选取所述待检单元相邻的上下左右四个单元格作为保护单元，参考单元包括以所述待检单元X轴为准分别上下平移两格和以所述待检单元Y轴为准分别左右平移三格围成的以所述待检单元为中心的矩形的单元格和所述待检单元X轴方向相邻左右两格保护单元的单元格。

可选的，所述根据预设的选值条件，从所述田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值的过程，包括：

将每一行中所有参考单元的杂波功率进行升序排列，从每行的序列中选择中间位置的杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值。

可选的，所述利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值的过程，包括：

利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式和每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

其中，所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式为：

式中，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值，N表示所述田字型参考窗的行数，X_(k)表示一行中的距离维杂波噪声功率水平估计值。

可选的，所述利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值的过程，包括：

利用所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的所述标称化门限因子相乘，得到所述检测门限值。

本发明还公开了一种雷达二维恒虚警检测系统，包括：

杂波功率计算模块，对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到所述田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；

距离维估计模块，用于根据预设的选值条件，从所述田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

多普勒维估计模块，用于利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

门限值计算模块，用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值；

检测模块，用于利用所述检测门限值，对所述待检单元进行检测，将低于所述检测门限值的信号归零，筛选出待检单元的真实目标；

其中，所述田字型参考窗包括待检单元、保护单元和参考单元，保护单元以所述待检单元为中心，选取所述待检单元相邻的上下左右四个单元格作为保护单元，参考单元包括以所述待检单元X轴为准分别上下平移两格和以所述待检单元Y轴为准分别左右平移三格围成的以所述待检单元为中心的矩形的单元格和所述待检单元X轴方向相邻左右两格保护单元的单元格。

可选的，所述距离维估计模块，具体用于将每一行中所有参考单元的杂波功率进行升序排列，从每行的序列中选择中间位置的杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值。

可选的，所述多普勒维估计模块，具体用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式和每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

其中，所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式为：

式中，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值，N表示所述田字型参考窗的行数，X_(k)表示一行中的距离维杂波噪声功率水平估计值。

可选的，所述门限值计算模块，具体用于利用所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的所述标称化门限因子相乘，得到所述检测门限值。

本发明还公开了一种雷达二维恒虚警检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现如前述的雷达二维恒虚警检测方法。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的雷达二维恒虚警检测方法。

本发明中，雷达二维恒虚警检测方法，包括：对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；根据预设的选值条件，从田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值；利用检测门限值，对待检单元进行检测，将低于检测门限值的信号归零，筛选出待检单元的真实目标；其中，田字型参考窗包括待检单元、保护单元和参考单元，保护单元以待检单元为中心，选取待检单元相邻的上下左右四个单元格作为保护单元，参考单元包括以待检单元X轴为准分别上下平移两格和以待检单元Y轴为准分别左右平移三格围成的以待检单元为中心的矩形的单元格和待检单元X轴方向相邻左右两格保护单元的单元格。

本发明将参考窗设置为田字型参考窗减少保护单元和参考单元，减少计算量，从而提升精准度，同时，进一步的利用OS-CFAR计算田字形参考窗的参考单元的距离维的杂波功率，再利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，计算出多普勒维杂波噪声功率水平估计值，结合OS-CFAR和CA-CFAR，避免了CA-CFAR在多目标情况下会出现的目标遮蔽现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术目标检测的信号处理过程示意图；

图2为二维CA-CFAR矩形参考窗示意图；

图3为本发明实施例公开的一种雷达二维恒虚警检测方法流程示意图；

图4为本发明实施例公开的田字型参考窗示意图；

图5为本发明实施例公开的一种雷达二维恒虚警检测系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种雷达二维恒虚警检测方法，参见图3所示，该方法包括：

S11：对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率。

具体的，参见图4所示，田字型参考窗包括待检单元1、保护单元2和参考单元3，保护单元2以待检单元1为中心，选取待检单元1相邻的上下左右四个单元格作为保护单元2，参考单元3包括以待检单元1的X轴为准分别上下平移两格和以待检单元1的Y轴为准分别左右平移三格围成的以待检单元1为中心的矩形的单元格和待检单元1的X轴方向相邻左右两格保护单元2的单元格。

可见，田字型参考窗相较于现有技术中的传统参考窗少选取了4个位于角落的保护单元2和4个参考单元3，减少了计算量。

具体的，通过OS-CFAR处理能够得到田字型参考窗中每个参考单元在距离维上的杂波功率。

S12：根据预设的选值条件，从田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值。

具体的，得到田字型参考窗中所有参考单元的杂波功率，需要进一步的从田字型参考窗中的所有参考单元中提取每一行的距离维杂波噪声功率水平估计值，可以理解的是，每个参考单元中的杂波功率不尽相同，部分参考单元可能因一些特殊情况导致杂波功率激增，一些参考单元可能因一些特殊情况导致杂波功率极少，为避免这类特殊情况造成的干扰，根据预设的选值条件，从田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，选取一个相对能够更好反映一行参考单元的杂波功率的平均水平的杂波功率，提高准确度。

其中，预设的选值条件可以根据实际应用场景结合用户的经验做出选择，例如，取中值或选取出现次数最多的杂波功率值等。

具体的，可以将每一行中所有参考单元的杂波功率进行升序排列，从每行的序列中选择中间位置的杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，例如，一行包括7个参考单元，将7个参考单元各自的杂波功率进行升序排列，选取第4个参考单元的杂波功率作为该行的距离维杂波噪声功率水平估计值。

S13：利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值。

具体的，在挑选出每行参考单元的距离维杂波噪声功率水平估计值后，可以代入多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

其中，多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式为：

式中，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值，N表示田字型参考窗的行数，X_(k)表示一行中的距离维杂波噪声功率水平估计值。

S14：利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值。

具体的，标称化门限因子为根据实际应场景进行响应的设置得到的，利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子相乘，得到检测门限值，如下式：

式中，S_T表示检测门限值，α_osca表示标称化门限因子，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值。

S15：利用检测门限值，对待检单元进行检测，将低于检测门限值的信号归零，筛选出待检单元的真实目标。

具体的，对待检单元中的信号进行检测时，将低于检测门限值的信号归零，避免杂波和噪声信号的干扰，减少虚警发生概率，提高检测出待检单元的真实目标的准确度。

可见，本发明实施例将参考窗设置为田字型参考窗减少保护单元和参考单元，减少计算量，从而提升精准度，同时，进一步的利用OS-CFAR计算田字形参考窗的参考单元的距离维的杂波功率，再利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，计算出多普勒维杂波噪声功率水平估计值，结合OS-CFAR和CA-CFAR，避免了CA-CFAR在多目标情况下会出现的目标遮蔽现象。

相应的，本发明实施例还公开了一种雷达二维恒虚警检测系统，参见图5所示，该系统包括：

杂波功率计算模块11，对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；

距离维估计模块12，用于根据预设的选值条件，从田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

多普勒维估计模块13，用于利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

门限值计算模块14，用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值；

检测模块15，用于利用检测门限值，对待检单元进行检测，将低于检测门限值的信号归零，筛选出待检单元的真实目标；

其中，田字型参考窗包括待检单元、保护单元和参考单元，保护单元以待检单元为中心，选取待检单元相邻的上下左右四个单元格作为保护单元，参考单元包括以待检单元X轴为准分别上下平移两格和以待检单元Y轴为准分别左右平移三格围成的以待检单元为中心的矩形的单元格和待检单元X轴方向相邻左右两格保护单元的单元格。

具体的，上述距离维估计模块12，具体用于将每一行中所有参考单元的杂波功率进行升序排列，从每行的序列中选择中间位置的杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值。

具体的，上述多普勒维估计模块13，具体用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式和每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

其中，多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式为：

式中，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值，N表示田字型参考窗的行数，X_(k)表示一行中的距离维杂波噪声功率水平估计值。

具体的，上述门限值计算模块14，具体用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子相乘，得到检测门限值。

此外，本发明实施例还公开了一种雷达二维恒虚警检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序以实现如前述的雷达二维恒虚警检测方法。

另外，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述的雷达二维恒虚警检测方法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的技术内容进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种雷达二维恒虚警检测方法，其特征在于，包括：

对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到所述田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；

根据预设的选值条件，从所述田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值；

利用所述检测门限值，对待检单元进行检测，将低于所述检测门限值的信号归零，筛选出所述待检单元的真实目标；

其中，所述田字型参考窗包括所述待检单元、保护单元和参考单元，保护单元以所述待检单元为中心，选取所述待检单元相邻的上下左右四个单元格作为保护单元，参考单元包括以所述待检单元X轴为准分别上下平移两格和以所述待检单元Y轴为准分别左右平移三格围成的以所述待检单元为中心的矩形的单元格和所述待检单元X轴方向相邻左右两格保护单元的单元格；

其中，所述根据预设的选值条件，从所述田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值的过程，包括：

将每一行中所有参考单元的杂波功率进行升序排列，从每行的序列中选择中间位置的杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

其中，所述利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值的过程，包括：

利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式和每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

其中，所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式为：

式中，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值，N表示所述田字型参考窗的行数，X_(k)表示一行中的距离维杂波噪声功率水平估计值。

2.根据权利要求1所述的雷达二维恒虚警检测方法，其特征在于，所述利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值的过程，包括：

利用所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的所述标称化门限因子相乘，得到所述检测门限值。

3.一种雷达二维恒虚警检测系统，其特征在于，包括：

杂波功率计算模块，对田字型参考窗的距离维进行OS-CFAR处理，得到所述田字型参考窗的每个参考单元在距离维上的杂波功率；

距离维估计模块，用于根据预设的选值条件，从所述田字型参考窗的每一行中所有参考单元的杂波功率中选出一个杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

多普勒维估计模块，用于利用每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

门限值计算模块，用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的标称化门限因子，得到检测门限值；

检测模块，用于利用所述检测门限值，对待检单元进行检测，将低于所述检测门限值的信号归零，筛选出所述待检单元的真实目标；

其中，所述田字型参考窗包括所述待检单元、保护单元和参考单元，保护单元以所述待检单元为中心，选取所述待检单元相邻的上下左右四个单元格作为保护单元，参考单元包括以所述待检单元X轴为准分别上下平移两格和以所述待检单元Y轴为准分别左右平移三格围成的以所述待检单元为中心的矩形的单元格和所述待检单元X轴方向相邻左右两格保护单元的单元格；

其中，所述距离维估计模块，具体用于将每一行中所有参考单元的杂波功率进行升序排列，从每行的序列中选择中间位置的杂波功率作为每行的距离维杂波噪声功率水平估计值；

其中，所述多普勒维估计模块，具体用于利用多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式和每行的距离维杂波噪声功率水平估计值，得到多普勒维杂波噪声功率水平估计值；

其中，所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值计算公式为：

式中，

表示多普勒维杂波噪声功率水平估计值，N表示所述田字型参考窗的行数，X_(k)表示一行中的距离维杂波噪声功率水平估计值。

4.根据权利要求3所述的雷达二维恒虚警检测系统，其特征在于，所述门限值计算模块，具体用于利用所述多普勒维杂波噪声功率水平估计值和预设的所述标称化门限因子相乘，得到所述检测门限值。

5.一种雷达二维恒虚警检测装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1或2所述的雷达二维恒虚警检测方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的雷达二维恒虚警检测方法。

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