CN112285654A - 一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法。该方法包括：输入信号经过检波得待检单元y和2n个参考单元；通过环境自适应系统针对杂波区域和多普勒区域自动选取n的大小；通过恒虚警检测器计算噪声估值Z并确定检测门限；通过比较器比较所述待检单元y和所述检测门限的大小，若所述待检单元y超过所述检测门限则判定为有目标，若所述待检单元y未超过所述检测门限则判定为无目标。本发明实施例可以通过自动选取参考单元的数量使检测门限可以同时适应边海防地区的不同环境，在增加低小慢目标检测概率的同时又降低了虚警概率。

Description

一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法
技术领域
本发明实施例涉及雷达目标检测技术领域，尤其涉及一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法。
背景技术
在常规的雷达信号处理中，一般采用恒虚警算法作为检测方法来抑制虚警。恒虚警算法是根据一定的准则，通过对当前周围噪声和杂波进行估计得出一个估值，将估值乘以检测系数可得出最终的检测门限。由于检测门限是随着环境噪声和杂波强弱变化而变化，所以虚警概率会保持基本恒定。
相关技术中，参考图1所示，最早的均值类恒虚警检测是单元平均恒虚警(CA-CFAR)检测，但是为了降低杂波非均匀分布对检测性能的影响，后来又出现了最大选择恒虚警(GO-CFAR)检测、最小选择恒虚警(SO-CFAR)检测和加权单元平均恒虚警(WCA-CFAR)检测。这些恒虚警检测方法都是通过人为设定参考单元的数量并通过门限系数c来调节门限的大小。
关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：例如对于局部存在强杂波干扰的环境，为了抑制局部强杂波带来的高虚警，需要将门限c系数提高，依次增大检测门限，降低虚警。但是该处理方式导致检测概率的降低，对于杂波较弱的区域来说，带来了不必要的检测损失，在面对低小慢目标时易产生漏检。
因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法。进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法，包括：
将输入信号经过检波后得到待检单元y和2n个参考单元；
通过环境自适应系统针对杂波区域和多普勒区域自动选取n的大小；
通过恒虚警检测器计算噪声估值Z并确定检测门限；
通过比较器比较所述待检单元y和所述检测门限的大小，若所述待检单元y超过所述检测门限则判定为有目标，若所述待检单元y未超过所述检测门限则判定为无目标；
其中，所述参考单元为临近所述待检单元y的信号单元，所述噪声估值Z通过2n个所述参考单元计算所得，所述检测门限通过所述噪声估值Z与门限系数c相乘所得。
本发明的一实施例中，所述参考单元在所述待检单元y的两侧成对数排列，且所述待检单元y的两侧各有n个所述参考单元。
本发明的一实施例中，所述环境自适应系统针对杂波区域自动选取n的大小，包括：
先设置所述参考单元数量的最小值C_NMIN和最大值C_NMAX，所述参考单元数量默认选取为最大值C_NMAX；
选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
统计所选所述参考单元的方差，并与背景噪音相比较；
若所述参考单元的方差较大则M自减1，并重新选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
若所述参考单元的方差与所述背景噪音相一致，则确定所述参考单元的数量。
本发明的一实施例中，所述环境自适应系统针对多普勒区域自动选取n的大小，包括：
先设置所述参考单元数量的最小值D_NMIN和最大值D_NMAX，所述参考单元数量默认选取为最小值D_NMIN；
选取参考区域，计算出所述参考区域的方差，做为噪声方差估计的参考NOISE_D；
选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
统计所选所述参考单元的方差，并与所述参考区域的NOISE_D做比较；
若所述参考单元的方差大于NOISE_D*1.1，则M自减1，重新选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
若所述参考单元的方差小于等于NOISE_D*1.1，则确定所述参考单元的数量。
本发明的一实施例中，所选取的参考区域为固定速度最大、距离最远的单元区域。
本发明的一实施例中，所述输入信号经过线性检波或者平方率检波处理后得到待检单元y和2n个参考单元。
本发明的一实施例中，所述待检单元y的两侧设置有保护单元。
本发明的一实施例中，在选取所述参考单元的数量之前，先设置所述保护单元的数量。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的实施例中，通过上述方法，通过自动选取参考单元的数量使检测门限可以同时适应边海防地区的不同环境，一方面，降低了强杂波区域的虚警概率，同时增加了低小慢目标的检测概率；另一方面，提高了弱杂波区域的检测概率，同时降低了由于相邻强杂波引入的虚警概率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明背景技术中检测方法原理示意图；
图2示出本发明示例性实施例中检测方法原理示意图；
图3示出本发明示例性实施例中信号单元示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施方式中首先提供了一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法。参考图2中所示，该方法可以包括：
将输入信号经过检波后得到待检单元y和2n个参考单元；
通过环境自适应系统针对杂波区域和多普勒区域自动选取n的大小；
通过恒虚警检测器计算噪声估值Z并确定检测门限；
通过比较器比较待检单元y和检测门限的大小，若待检单元y超过检测门限则判定为有目标，若待检单元y未超过检测门限则判定为无目标；
其中，参考单元为临近待检单元y的信号单元，噪声估值Z通过2n个参考单元计算所得，检测门限通过噪声估值Z与门限系数c相乘所得。
需要理解的是，恒虚警检测技术是指雷达系统在保持虚警概率恒定条件下对接收机输出的信号与噪声作判别以确定目标信号是否存在的技术。而根据多普勒效应，运动目标回波存在多普勒频移，根据多普勒频移产生的信号区别，采用跨周期相消的方式来有效地抑制杂波，从而提取运动目标信号，使接收信号可以区分出杂波区域和多普勒区域。
另外，输入信号经过线性检波或者平方率检波处理后得到待检单元y和2n个参考单元。2n个参考单元在待检单元y两侧呈对数排列。且待检单元y和2n个参考单元的信号会经过取对数、去均值、标准方差归一化处理后再进行比较。
另外，还需要理解的是，由于检测门限是确定目标信号是否存在的关键，而检测门限受噪声估值Z与门限系数c的控制，其中门限系数c可以人为控制，所以雷达选取噪声估值Z尤为重要。而噪声估值Z受选取的参考单元所控制，对不同环境的可以选取不同数量的参考单元，从而使检测门限进行自适应选取，在强杂波区域会给出较高的检测门限，达到降低虚警的目的，同时在弱杂波区域给出较低的检测门限，以提高该区域的检测概率。
通过上述方法，通过自动选取参考单元的数量使检测门限可以同时适应边海防地区的不同环境，一方面，降低了强杂波区域的虚警概率，同时增加了低小慢目标的检测概率；另一方面，提高了弱杂波区域的检测概率，同时降低了由于相邻强杂波引入的虚警概率。
下面，将参考图2至图3对本示例实施方式中的上述方法进行更详细的说明。
在一实施例中，参考图2所示，参考单元在待检单元y的两侧成对数排列，且待检单元y的两侧各有n个参考单元。经过在待检单元y两侧成对数的选取参考单元，可以确保待检单元y始终处于检测区域的中央位置，从而使有利于计算待检单元y周围的杂波环境。
在一实施例中，参考图3所示，环境自适应系统针对杂波区域自动选取n的大小，包括：
先设置参考单元数量的最小值C_NMIN和最大值C_NMAX，参考单元数量默认选取为最大值C_NMAX；
选取与待检单元y相距M个单元的范围内的参考单元；
统计所选参考单元的方差，并与背景噪音相比较；
若参考单元的方差较大则M自减1，并重新选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
若参考单元的方差与背景噪音相一致，则确定参考单元的数量。
需要理解的是，杂波和噪声相互独立，且平方律检波后都满足指数分布，该指数分布取决于算法和参考单元的选取。因背景噪音可独立同分布，可作为杂波的参考。通过上述方法针对杂波区域可以独立给出参考单元的数量，从而给出更适应于杂波区域的较低的检测门限，由此，提高了杂波区域的检测概率。
在一实施例中，参考图3所示，环境自适应系统针对多普勒区域自动选取n的大小，包括：
设置参考单元数量的最小值D_NMIN和最大值D_NMAX，参考单元数量默认为最小值D_NMIN；
选取参考区域，计算出参考区域的方差，做为噪声方差估计的参考NOISE_D；
选取与待检单元y相距M个单元的范围内的参考单元；
统计所选参考单元的方差，并与参考区域的NOISE_D做比较；
若参考单元的方差大于NOISE_D*1.1，则M自减1，并重新选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
若参考单元的方差小于等于NOISE_D*1.1，则确定参考单元的数量。
需要理解的是，雷达的信号处理需经MTD窄带滤波器组进行滤波，从中可以选取受杂波影响最小的区域，用该区域作为参考区域。优选的，所选取的参考区域为固定的速度最大、距离最远的单元区域。
还需要理解的是，上述所引用的各种符号(如D_NMIN、D_NMAX、y、M、n、Z等)都仅是为便于理解而设定的，并不限于此，也可以用其他符合代替。
通过上述方法针对多普勒区域可以独立给出参考单元的数量，从而给出更适应于多普勒区域的较高的检测门限，由此，降低了多普勒区域的虚警概率。
在一实施例中，参考图2所示，待检单元y的两侧设置有保护单元。需要理解的是，保护单元并不参与任何计算，只是将待检单元y和参考单元相隔开，以便于之后在计算将其区分开。另外，保护单元的数量为人工设定，且在待检单元y的两侧成对数排列。优选地，单侧保护单元的数量可以为1-5个。在本方法中的具体步骤为，选取所述参考单元的数量之前，先设置保护单元的数量。另外，需要理解的是，当没有设置保护单元时，所选取的参考单元数量n与距离M相等；当设置有保护单元时，所选取的参考单元数量n需加上单侧保护单元数量后与距离M相等。
需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (8)

1.一种基于边境环境自适应的低小慢目标恒虚警检测方法，其特征在于，包括：
将输入信号经过检波后得到待检单元y和2n个参考单元；
通过环境自适应系统针对杂波区域和多普勒区域自动选取n的大小；
通过恒虚警检测器计算噪声估值Z并确定检测门限；
通过比较器比较所述待检单元y和所述检测门限的大小，若所述待检单元y超过所述检测门限则判定为有目标，若所述待检单元y未超过所述检测门限则判定为无目标；
其中，所述参考单元为临近所述待检单元y的信号单元，所述噪声估值Z通过2n个所述参考单元计算所得，所述检测门限通过所述噪声估值Z与门限系数c相乘所得。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述参考单元在所述待检单元y的两侧成对数排列，且所述待检单元y的两侧各有n个所述参考单元。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述环境自适应系统针对杂波区域自动选取n的过程，包括：
先设置所述参考单元数量的最小值C_NMIN和最大值C_NMAX，所述参考单元数量默认选取为最大值C_NMAX；
选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
统计所选所述参考单元的方差，并与背景噪音相比较；
若所述参考单元的方差较大则M自减1，并重新选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
若所述参考单元的方差与所述背景噪音相一致，则确定所述参考单元的数量。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S200中，所述环境自适应系统针对多普勒区域自动选取n的大小，包括：
先设置所述参考单元数量的最小值D_NMIN和最大值D_NMAX，所述参考单元数量默认选取为最小值D_NMIN；
选取参考区域，计算出所述参考区域的方差，做为噪声方差估计的参考NOISE_D；
选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
统计所选所述参考单元的方差，并与所述参考区域的NOISE_D做比较；
若所述参考单元的方差大于NOISE_D*1.1，则M自减1，并重新选取与所述待检单元y相距M个单元的范围内的所述参考单元；
若所述参考单元的方差小于等于NOISE_D*1.1，则确定所述参考单元的数量。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所选取的所述参考区域为固定速度最大、距离最远的单元区域。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述输入信号经过线性检波或者平方率检波处理后得到待检单元y和2n个参考单元。
7.根据权利要求1-5任一项所述方法，其特征在于，所述待检单元y的两侧设置有保护单元。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在选取所述参考单元的数量之前，先设置所述保护单元的数量。
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