CN111398922A - 一种改进的cfar检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的CFAR检测方法，其考虑了雷达目标检测的距离因素，并在阈值计算时增加了距离因子，从而提高目标的检测概率、增加雷达检测距离。

Description

一种改进的CFAR检测方法

技术领域

本发明涉及雷达检测技术领域，具体涉及一种改进的CFAR检测方法。

背景技术

雷达信号检测技术在提高雷达性能，增强目标探测能力等方面发挥着重要的作用。检测是将信号与阈值进行比较的过程。在雷达系统中，为了减少由错误检测引起的成本，希望检测阈值不仅能使得检测概率最大化，并且可以使得误报率在预设水平之下。因此，通常阈值是检测概率和虚警概率的函数。雷达仿真中对于信号噪声一般取为高斯白噪声，然而在实际应用中，噪声往往是有色噪声，且功率是未知的。

CFAR(Constant False Alarm Rate Detection)技术则可以解决这些问题，对给定的检测单元进行检测的时候，从相邻块估计噪声功率，检测阈值V为：V＝αN；其中,N为噪声功率，α为阈值因子，主要取决于虚警率。从上式可知，阈值来源于实际数据的噪声信息。在适当的阈值因子下，产生的虚警概率可以保持在一个恒定值，所以称之为CFAR(恒虚警率检测)。

在目前的CFAR检测中，无论是阈值因子的选取还是噪声的提取，其影响因素都不包含距离因素。在实际情况中，由于电磁波随着距离的增大而衰减，对于同一种目标，其相对雷达的距离越远，雷达所检测的目标信号的峰值也越小，即信号越微弱。在这种情况下，由于阈值因子值取决于虚警率，与距离无关，将会导致雷达检测不到目标，造成漏检现象，降低了雷达的检测距离。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种改进CFAR检测方法，以提高目标的检测概率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种改进的CFAR检测方法，其包括

步骤1、输入检测信号，该检测信号为雷达回波信号经处理得到的目标距离像信号；

步骤2、对检测信号的每一检测单元进行如下处理：

步骤2.1、对每一检测单元进行距离因子估计，得到距离因子δ；

步骤2.2、阈值计算；

每个检测单元的阈值V由噪声功率N和第二阈值因子α相乘得到，所述第二阈值因子α＝f(ρ,δ)，其中，ρ为第一阈值因子，其由虚警率决定，σ为距离因子；

步骤2.3、进行阈值检测：判断检测单元信号功率P是否大于阈值V，若大于，则保留该功率P，并记录该检测单元的信息；否则，将该检测单元信号功率P清零；

步骤3、重复步骤2，直至遍历检测信号的所有检测单元。

所述距离因子估计的准则为：距离越大，距离因子的取值越小。

所述检测信号经过如下处理得到：

将发射信号S(t)作为参考信号，对回波信号R(t)进行脉冲压缩处理后得到检测信号。

采用上述方案后，本发明考虑了雷达目标检测的距离因素，并在阈值计算时增加了距离因子，从而提高目标的检测概率、增加雷达检测距离。

附图说明

图1为本发明的检测流程图；

图2为本发明实施例的CFAR检测结果图；

图3为现有技术的CFAR检测结果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示了一种改进的CFAR检测方法，其在CFAR的基础上，对阈值因子的提取多考虑一个距离因子，来提高目标检测概率、增加雷达检测距离。该检测方法具体如下：

步骤1、输入检测信号，该检测信号为雷达回波信号经处理得到的目标距离像信号，其横坐标为距离维，纵坐标为幅度。

步骤2、对检测信号的每一检测单元进行如下处理：

步骤2.1、对每一检测单元进行距离因子估计，得到距离因子δ；其中，距离因子估计的准则为：距离越大，距离因子的取值越小。

步骤2.2、阈值计算；

每个检测单元的阈值V由噪声功率N和第二阈值因子α相乘得到，所述第二阈值因子α＝f(ρ,δ)，其中，ρ为第一阈值因子，其由虚警率决定，σ为距离因子；

步骤2.3、进行阈值检测：判断检测单元信号功率P是否大于阈值V，若大于，则保留该功率P，并记录该检测单元的信息；否则，将该检测单元信号功率P清零。

步骤3、重复步骤2，直至遍历检测信号的所有检测单元。

本发明对于距离因子的考虑，不限于各种类别的CFAR算法(如CA-CFAR、OS-CAFR、TM-CFAR等)，也不限于一维或者二维算法，其实用性和适用性强。且经实际测试可以发现，改进之后的CFAR算法的检测距离比改进之前大大提高，目标检测概率、检测性能也大为提升。

为详尽本发明，以下将列举一实施例来说明。

该实施例中，测试场景为目标朝向雷达由远到近运动。雷达发射线性上调频信号S(t)：S(t)＝cos(2πf₀t+πkt²+φ₀)，其中，f₀为调频信号的初始频率，取77.5GHz，φ₀为调频信号的初相，k为调频信号的调频斜率：

其中BW为线性调频信号的带宽，带宽为4GHz，脉宽为17us。采样率为12M。发射信号S(t)经过目标反射后，接收天线接收回波信号，得到回波信号R(t)。

步骤1、将发射信号S(t)作为参考信号，对回波信号R(t)进行去斜处理，即将参考信号与回波信号做差频处理，得到去斜处理后的信号R_d(t)，R_d＝R₁(t)·S^*(t)，S^*(t)为S(t)的共轭信号。

对接收到的去斜回波信号R_d(t)做二维FFT，得到检测信号，即距离-速度图，每一维分别是128点，形成128*128矩阵。

步骤2、对得到的距离速度维频谱(检测信号)进行CFAR检测。距离维CFAR参考单元长度为8，速度维CFAR参考单元长度为8，距离维CFAR保护单元长度为2，速度维CFAR保护单元长度为2，虚警率P_fa为0.001。

步骤2.1、按照距离因子估计准则，设计估计检测单元的距离因子为σ＝1-2/9*x*dx，其中x为列数，dx为单个距离单元大小；

步骤2.2、计算每个检测单元的阈值；

每个检测单元的阈值V由噪声功率N和第二阈值因子α相乘得到，其中，α＝f(ρ,δ)，而ρ为第一阈值因子，也是现有CFAR方法中的阈值因子，其由虚警率计算得到。那么，本实施例的第二阈值因子可以转换为：α＝σS(P_fa ^-1/S-1)，S为参考单元数，σ为距离因子；

步骤2.3、判断检测单元信号功率P是否大于阈值V，若是，则保留检测单元信号功率P，记下检测单元距离维和速度维；若否，则清零信号功率。

步骤3、重复步骤2.1-步骤2.2，遍历检测单元的整个二维频谱。

步骤4、重复步骤1-3，直到数据检测完毕。

对数据进行处理后，将有加距离因子的cfar检测和没加距离因子的cfar检测结果进行对比，如图2和图3所示。

图2和图3中，画出点越多表示被检测出来的目标越多，图3的点数比图2要多，表示图2漏检更多。即加距离因子之后的新CFAR检测的漏检率比不加距离因子检测的漏检率低。且新CFAR检测的检测最远距离达到3.686m，而原检测只达到3.26m，其效果优于原CFAR检测。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种改进的CFAR检测方法，其特征在于：包括

步骤1、输入检测信号，该检测信号为雷达回波信号经处理得到的目标距离像信号；

步骤2、对检测信号的每一检测单元进行如下处理：

步骤2.1、对每一检测单元进行距离因子估计，得到距离因子δ；

步骤2.2、阈值计算；

每个检测单元的阈值V由噪声功率N和第二阈值因子α相乘得到，所述第二阈值因子α＝f(ρ,δ)，其中，ρ为第一阈值因子，其由虚警率决定，σ为距离因子；

步骤2.3、进行阈值检测：判断检测单元信号功率P是否大于阈值V，若大于，则保留该功率P，并记录该检测单元的信息；否则，将该检测单元信号功率P清零；

步骤3、重复步骤2，直至遍历检测信号的所有检测单元。

2.根据权利要求1所述的一种改进的CFAR检测方法，其特征在于：所述距离因子估计的准则为：距离越大，距离因子的取值越小。

3.根据权利要求1所述的一种改进的CFAR检测方法，其特征在于：所述检测信号经过如下处理得到：

将发射信号S(t)作为参考信号，对回波信号R(t)进行脉冲压缩处理后得到检测信号。

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