基于多核PC的软件雷达信号积累和恒虚警处理研究

积累的本质是提高信噪比,以利于信号检测;恒虚警率处理的本质是在保证一定检测概率的基础上,用一个自适应门限代替固定门限,以保持虚警率的恒定,同时减小后端处理的压力,二者都是雷达信号处理系统的重要组成部分。在软件化雷达思想的指导下,针对雷达视频信号的积累和恒虚警率处理的实时性问题进行了研究。首先给出了积累和单元平均类恒虚警率处理的仿真模型,然后对积累和单元平均类恒虚警率处理的运算复杂度进行了详细的分析,接着采用集成性能原件(IPP)算法库和常规计算方法对积累和单元平均类恒虚警处理的运算时间进行仿真研究,最后通过实际软件实现,表明了在一定条件下,软件实现积累和恒虚警率可以满足实时性要求。

考虑衰减补偿的频域反射单元平均恒虚警率电缆缺陷识别方法

针对目前频域反射(FDR)法通过人为主观经验判断缺陷,存在误判率高的问题,提出了一种基于单元平均恒虚警率(CA-CFAR)的电缆缺陷识别方法。首先对FDR测试信号在电缆中存在传播衰减,导致缺陷及末端在定位谱中归一化幅值过小而测不准的问题,先使用实测数据求出衰减因子与测试频率的线性关系,再使用在频域解卷的衰减补偿方法,有效削弱了信号在电缆传播过程中衰减过大带来的负面影响;其次通过恒虚警率(CFAR)的动态阈值来提取电缆中缺陷的位置及归一化幅值信息,其中动态阈值根据测试信号幅值的变化动态地选取缺陷判断的阈值,避免了人为主观经验判别容易误判的问题;最后分别在30 m、105 m和500 m实验室电缆以及1500 m在运电缆上对该方法进行测试,测试结果表明采用该方法可以准确地识别电缆全部缺陷,证实了该方法的有效性。

基于等分剔除的毫米波雷达恒虚警检测研究

为解决车载毫米波雷达目标检测过程中在相邻多目标情况下会提高检测门限值,从而导致目标遮蔽现象,引发传统恒虚警(constant false alarm rate, CFAR)检测在多目标环境下产生漏检的问题,提出一种等分剔除恒虚警检测算法(equipartition deletion CFAR,ED-CFAR)。通过将目标两侧的参考单元等分取平均值得到子参考单元,对大于所有参考单元平均值的部分进行处理后排序,剔除部分较大子参考单元,计算得到门限值,与目标的信号幅度进行比较判断目标是否存在。仿真结果表明,在多目标检测的仿真场景下,信噪比为10 dB时,ED-CFAR算法的检测概率比单元平均恒虚警(CA-CFAR)算法提高0.39,比筛选平均恒虚警(CMLD-CFAR)算法提高了0.08,有效解决了传统均值类恒虚警检测在相邻多目标条件下的遮蔽问题。

基于韦布尔分布下改进型恒虚警检测器的检测性能分析

为了提高恒虚警检测器(constant false alarm rate detector,CFAR)在有干扰目标存在的杂波环境下的检测性能,提出了5种基于自适应删除(automatic censored mean level detector,ACMLD)恒虚警算法与均值类算法的改进型,并在韦布尔分布模型下对影响背景杂波功率估计的参考单元长度和干扰目标个数进行检测概率分析。结果表明:基于该改进型检测器可有效提高有干扰目标的检测性能,其中改进型单侧自适应删除(single automatic censored mean level detector,SACMLD)算法适合在一侧参考窗均匀的情况下使用,而自适应删除最小(adaptive censored smallest of detector,ACSO)算法适合两侧参考窗都不均匀的情况下使用。文中提出的基于韦布尔分布下改进型恒虚警检测器可为铁路、航空等多目标环境检测提供参考。

基于圆循环恒虚警的多雷达信号被动检测方法

低截获概率(LPI)雷达由于具有发射功率较低的特点,使得雷达侦察接收机接收到的雷达信号信噪比较低,现有的被动检测方法无法有效检测微弱信号。针对此问题,在高斯白噪声背景下,提出了一种基于圆循环恒虚警率(CFAR)的多雷达信号被动检测方法,并分别对基于圆循环的单元平均恒虚警率(CA-CFAR)、最大选择恒虚警率(GO-CFAR)、最小选择恒虚警率(SO-CFAR)、有序统计恒虚警率(OS-CFAR)4种检测器的虚警概率与检测概率进行了推导。仿真结果表明,在高斯白噪声背景下,存在一个信号时,基于圆循环的CA-CFAR检测性能最优;存在多个信号时,基于圆循环的CA-CFAR检测性能较差,OS-CFAR检测性能更佳。此外,采用多帧检测可以进一步提高检测性能。所提方法复杂度较低且实时性较高,可满足工程实际需求。

SAR图像中舰船目标恒虚警率检测技术的研究

在各种各样的合成孔径雷达图像舰船目标检测方法中,应用最广泛、最重要的就是具有自适应阈值的恒虚警率(CFAR)检测器。为了提高SAR图像中舰船目标的检测性能,人们试图通过各种统计分布模型对SAR图像中的杂波背景进行统计建模,如Gamma分布、K分布、对数正态分布、G0分布、alpha稳定分布等,再通过相应的统计分布模型以及各种样本筛选技术的CFAR检测器对舰船目标实施检测。SAR图像中杂波背景是复杂多变的,当实际杂波背景与假定统计分布失配时,参量型CFAR检测器的性能会恶化,非参数CFAR检测器就会显示出优势。该文提出了基于Wilcoxon非参数检测器的新途径对SAR图像中舰船目标进行检测,并在Radarsat-2,ICEYE-X6和Gaofen-3卫星的实测数据上,与几种典型的参量型CFAR检测方法进行了对比。实验结果表明,Wilcoxon非参数检测方法在这3种实测数据上的虚警控制能力具有良好的鲁棒性,还可以带来弱目标检测性能的改善,具有运算速度快、易于硬件实现的特点。

一种水中小目标恒虚警检测方法

针对水中小目标回波信号弱、受噪声及混响强干扰影响大而难以检测的问题,提出一种基于自相关与奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的水中小目标弱信号恒虚警检测(Constant False Alarm Rate,CFAR)方法。利用CW(Continuous Wave)信号与噪声自相关的差异性,通过接收信号自相关处理降低噪声干扰。同时,利用混响相对于目标信号能量强而奇异值大的特性,通过接收信号矩阵重构与奇异值分解并对较大奇异值置零抑制混响干扰。在此基础上,采用恒虚警检测算法,可有效检测目标信号,降低虚警概率。计算机仿真和试验数据表明,该方法可有效抑制强噪声及强混响干扰,提高信号干扰比,能够实现水中小目标弱信号检测。

基于滑窗对比度的多源融合目标恒虚警检测方法

随着空天地跨域协同技术的快速发展,多基地雷达利用其构型的特殊性,可实现目标的多视角融合探测,从而改善检测信噪比,然而现有的恒虚警检测算法尚未提出适用于多站构型下的融合检测理论。文中提出一种基于滑窗对比度的多源融合目标恒虚警检测方法。首先,利用地面直角坐标系网格与多站距离环的映射关系,指出多站融合图像中目标区域与背景单元的特征分布差异。其次,通过构建指数型似然比融合检测量,有效增加了目标分辨单元和背景单元的对比度。最后,根据系统虚警指标要求,推导了基于指数型似然比二阶统计量的恒虚警检测门限,在保证虚警性能前提下给出了多站构型目标恒虚警融合检测理论。所提算法充分挖掘了多站融合图像中目标能量的分布特征,为多源融合目标增强检测提供了一种有效途径,仿真结果验证了所提算法的有效性。

基于非线性相关源雪崩管模型的恒虚警激光测距电路仿真试验研究

依据雪崩光电二极管(APD)产品数据手册中雪崩增益、噪声(温度)与偏压的相关关系通过曲线拟合建立了APD输入、输出和偏压控制的函数模型,并基于非线性相关源控件构建了APD的电路仿真模型。设计了具有恒虚警APD偏压自动控制以及防近程散射时间增益控制的测距电路,引入自动增益控制信号,完成了恒虚警激光测距电路的全闭环动态仿真试验研究。仿真结果表明,恒虚警测距电路可根据虚警率设计值自动捕捉APD最佳雪崩增益工作偏压,虚警率每百毫秒60~70次时最小可探测光功率达到25 nW,与实际值接近,验证了恒虚警全闭环仿真模型的可行性。

雷达恒虚警目标检测处理技术综述

恒虚警处理技术作为雷达自动检测系统中非常重要的一种目标自动检测方法而被广泛深入研究。首先介绍了几种高斯与非高斯背景下经典的恒虚警检测技术,分析不同应用背景的恒虚警检测器的选取;然后介绍了与背景分布无关的非参量恒虚警算法以及变换域恒虚警处理、多维信息联合、多传感器分布式检测、极化恒虚警等现代目标检测恒虚警处理技术;最后,对未来雷达恒虚警检测技术进行展望,为恒虚警技术的创新与应用提供参考方向。

基于CPU-GPU的有序统计类恒虚警检测优化

雷达信号处理算法的高性能实现是雷达系统设计中的关键技术。而恒虚警检测技术是雷达信号目标检测系统中控制虚警率的重要手段之一,也是最耗费系统资源的地方。传统的恒虚警检测技术主要采用DSP和FPGA等定制化设备,但存在的问题主要有开发周期长、调试难度大、耗费资源。为了满足脉冲多普勒雷达回波数据的实时处理需求以及国产化GPU的生态扩充,文章针对恒虚警检测技术分析了有序统计类恒虚警检测方法(OSCFAR)的可并行性问题,并基于OpenCL平台提出了对OSCFAR进行GPU加速的方法。该方法中提出了OSCFAR在GPU中避免条件分支的并行化技术,优化了适用于GPU的并行化排序方法,减少了系统访问全局内存所花费的时间。最后从性能测试和误差分析角度评估了OSCFAR的实时性和准确性,实验结果表明,在所使用的硬件平台上相比于传统CPU实现达到了60倍以上的加速比,处理精度可以达到与原有方案相同的水平。

基于GPU并行分块的二维恒虚警检测算法的实现方法

相对于一维恒虚警检测,二维恒虚警检测具有更优的杂波边缘和多目标检测性能。但二维恒虚警检测方法需要进行距离-多普勒两维计算,导致算法难以实时实现。针对这些问题,在基于图形处理器(GPU)和中央处理器(CPU)的架构下,提出了并行分块存储技术和块间数据并行归约求和方法,并结合统一计算设备架构(CUDA)技术,实现基于GPU的二维恒虚警检测算法并行处理。实验结果表明,相比于传统的CPU实现,所提的实现方法不仅具有优异杂波边缘检测性能,并且加速比达到了600倍以上,此外随着计算量的增加,加速效果更为显著,能够满足系统实时性和大吞吐量的要求。

一种改进的恒虚警海事雷达图像目标检测方法

文中提出了一种改进的恒虚警检测器(Improved MVI-CFAR,IMVI-CFAR).该检测器结合均值类(ML)和有序统计类(OS)等CFAR检测器的优势,在可变性指数的作用下,自适应采用不同场景下合适的CFAR算法,通过仿真实验验证了IMVI-CFAR检测器的优势.结果表明:相较于传统CFAR检测器和其他自适应CFAR检测器,IMVI-CFAR在多目标干扰、杂波边缘环境中和海事雷达图像多目标场景中均有更好的检测性能.

基于目标特性的雷达恒虚警技术研究

雷达CFAR(Constant False-Alarm Rate)恒虚警技术自提出及应用以来,行业主要关注参考单元取值方式对不同背景的适应性,未关注目标特性变化导致的检测单元适应性与实效性问题。鉴于一旦雷达工作平台或检测目标特性发生变化,检测单元误入参考单元,目标检测效果将严重下降甚至失效,提出基于目标特性的雷达恒虚警技术,根据目标有效尺寸自适应调整恒虚警检测器参数,满足应用平台机动和目标特性实时变化的需求。

一种主动声呐恒虚警自主检测算法

在实现基本的恒虚警自主检测算法的前提下,对可变指数恒虚警检测器进行了研究,并提出了改进的可变指数恒虚警检测算法,最后通过仿真与试验验证了该改进算法的有效性。

基于杂波分布特性的恒虚警率检测器设计

针对单元平均恒虚警率(CA-CFAR)检测器在非平稳环境下检测性能下降的问题,提出了一种基于杂波分布特性的自适应恒虚警率检测器设计方法。主要思路为:在已知背景杂波类别的前提下,选择相匹配的恒虚警率检测器来提高目标的检测性能。基于实测数据,通过在不同杂波类别的区域人工加运动目标的方式,经过与CA-CFAR检测结果的仿真实验对比,验证了所提恒虚警率检测器的有效性。

基于多杂波分布模型的自适应单元平均恒虚警检测

针对机载预警(AEW)雷达多杂波分布模型的恒虚警检测问题,提出一种自适应单元平均恒虚警(ACA-CFAR)检测方法.这种检测方法是在经典CA-CFAR检测方法基础上加入自适应判断选择背景参考子窗的一种CFAR处理方法.它是根据杂波功率水平的变化选择背景杂波单元,在此基础上结合CA-CFAR检测方法实现检测.仿真结果表明,ACA-CFAR恒虚警检测方法在均匀背景和多目标背景下均具有较好的检测性能,并且运算量小.

一种高效的二维恒虚警率处理方法

目标探测是雷达的一项重要功能,由于杂波和噪声一般在目标回波的距离和多普勒维同时存在,如果只使用一维恒虚警率检测将会降低探测性能,因此需要二维恒虚警率进行目标检测。传统的二维恒虚警率检测会使计算量大大增加,影响目标探测的实时性。改进的二维恒虚警率检测方法可极大减少检测单元,从而缩短了目标检测时间,并经过了工程验证。

MOSCM恒虚警检测器在非均匀背景中的性能分析

分析了MOSCM恒虚警（CFAR）检测器在多目标和杂波边缘非均匀背景中的性能，给出了它在杂波边缘情形中虚警尖峰的数学解析表达式．分析结果表明，它带来的优势主要体现在非均匀背景中，它在杂波边缘中的虚警控制能力比GOSCA和有序统计（OS）有效，对多目标情况也呈现了较好的鲁棒性，它可以均匀背景中较小的代价换取在多目标值况下性能的较大改善，如当IL＝4，IR＝2时，它比OS改善了近2dB．

基于ADSP-TS201的着陆雷达恒虚警电路实现

恒虚警在着陆雷达系统中有着重要的作用和地位。恒虚警处理可以避免杂波变化影响检测阈值,提高雷达在各种干扰情况下的检测能力。文章首先介绍了恒虚警检测的原理,然后对几种典型方法进行了比较,选定单元平均选大恒虚警检测方法进行设计,并且实现了基于ADSP-TS201的恒虚警处理,最后通过Visual DSP++进行了仿真验证。