一種高效的二維恒虛警率處理方法

王曉燕

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

目標檢測是雷達的重要研究領域之一，在較強的地雜波或海雜波背景下快速準確地檢測到目標也是目前研究的重要方向。恒虛警率(CFAR)檢測作為目標檢測的重要手段，其快速且不丟失檢測性能一直是研究的重點。一些典型的恒虛警率處理方法如均值類恒虛警率處理(CA-CFAR)、有序統計類恒虛警率處理(OS-CFAR)等[1]，這些恒虛警率處理方法都是一維恒虛警率。但雷達背景噪聲和雜波在距離和多普勒維同時存在[1-2]，這就使得一維恒虛警率的檢測性能大大降低，因此對二維恒虛警率檢測的研究和應用就顯得尤為重要。

二維恒虛警率檢測性能好，但計算量會大大增加，實時性較難滿足。本文基于工程實踐，提出了一種改進的二維恒虛警率處理方法。通過工程實際應用及驗證，該方法既滿足了檢測性能的要求，又保證了實時性。

1 經典二維恒虛警率算法

圖1中si表示當前待檢測的單元，淺灰色區域表示保護單元，深灰色區域表示參加噪聲功率電平ni計算的參考單元。然后將待檢測單元與噪聲功率電平比較si/ni，如果si/ni>mi(檢測門限)，則認為當前待檢測單元存在目標，然后在距離維和多普勒維滑窗對所有單元進行檢測。

圖1 二維CFAR檢測示意圖

參考窗的選擇和噪聲功率的計算方法需要根據應用環境和要求的不同進行適當的選擇。典型的二維恒虛警率檢測器有二維CA-CFAR、二維OS-CFAR或一維CA-CFAR+一維OS-CFAR等[3]。當在同一距離單元的不同多普勒單元或同一多普勒單元的不同距離單元上存在目標時，OS-CFAR因其可剔除參考單元內的較大值，可大大降低漏檢概率，但其計算量相對CA-CFAR會加大。以距離恒虛警率檢測為例，給出一維CA-CFAR和OS-CFAR的處理框圖，如圖2、圖3所示。

圖2 一維CA-CFAR處理圖

圖3 一維OS-CFAR處理框圖

2 改進的二維恒虛警率算法

二維恒虛警率檢測需要二維滑窗，按照經典二維恒虛警率算法對每個檢測單元進行滑窗處理，會花費大量的計算時間。如果在進行滑窗處理前，先對檢測單元進行篩選，再對可能存在目標的檢測單元進行二維恒虛警率恒虛警率處理，經過工程驗證，這樣會大大縮短處理時間。處理框圖如圖4所示。

圖4 改進的二維恒虛警率處理框圖

si為待檢測單元，先判斷si是否是其所在九宮格(陰影部分)中的極大值。如果是極大值，則對si進行圖1的恒虛警率檢測，并對其做上標記。再次滑窗時，和si相鄰的未檢測單元4、5、6、7將不再可能是其所在九宮格的極大值。因此，這些單元不可能存在目標，故不再進行恒虛警率檢測。這樣，可大大減少檢測單元數量，從而降低了目標檢測的時間成本。以圖4中si為例給出當前檢測單元改進二維恒虛警率處理流程圖如圖5所示。應用該方法，結合解算距離和速度模糊算法，在某型雷達搜索模式下對無人機進行搜索，可準確搜索到目標，且保證在每個幀周期內完成目標檢測，很好地保證了目標檢測的實時性。圖6和圖7給出了應用該改進二維恒虛警率算法對無人機進行檢測的距離和速度結果。

圖5 改進的二維恒虛警率處理流程圖

圖6 改進的二維恒虛警率檢測無人機距離圖

圖7 改進的二維恒虛警率檢測無人機速度圖

3 結束語

恒虛警率檢測作為雷達探測目標的重要手段之一，由于目標回波一般會在距離和多普勒維都存在雜波和噪聲，因此二維恒虛警率檢測的研究與實現就顯得尤為重要。本文提出改進的二維恒虛警率檢測方法，通過工程應用，可極大減少檢測單元，從而縮短了目標檢測時間，提高了工程實現效率。