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。

一种基于模糊融合规则的CFAR检测器

针对单元平均恒虚警检测器(CA-CFAR)在多目标干扰和杂波边缘效应下的性能局限,提出了基于子参考窗口中最小选择单元的恒定虚警检测器(MCA-CFAR)。通过选择子参考单元中的最小单元格,显著提升了检测器的性能,并在瑞利分布背景下详细推导了检测概率、虚警率和检测阈值。为进一步优化性能,设计了模糊逻辑融合检测器(FUMCA-CFAR),它利用两个传感器计算空间隶属函数值,并通过代数和、代数积、MAX、MIN四种规则进行融合,实现了平滑输出,减少了目标信息的丢失。仿真实验表明,基于代数和融合的FUMCA-CFAR检测器在均匀和非均匀背景下均展现出优异的检测性能和抗干扰能力。

有序统计恒虚警（OS－CFAR）检测器在韦布尔干扰背景中的性能

本文研究韦布尔干扰背景前的有序统计恒虚警算法，并在均匀干扰背景中分析它的性能，对于未知的形状参数Ｃ，本文基于来自参考滑窗随机变量的期望和中值提出一种估计方法，同时在均匀干扰背景中研究了这种估计方法的性能，结果表明，这种估计方案具有很小的附加恒虚警损失，当Ｎ＝１６，Ｃ＝２，ｋ＝１２时，它的恒虚警损失比两参数有序统计恒虚警检测器小．．

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。

基于双边截断的双参数海上风电站SAR图像CFAR检测

文章提出了1种基于双边截断的双参数海上风电站SAR图像CFAR检测器DTCS-TPCFAR,目的是提高在具有多个目标海上区域和石油泄漏区域等环境下对海上风电站的检测性能。DTCS-TPCFAR所提出的双边截断杂波的方法,能够同时消除高强度和低强度异常值的干扰,同时保留真实的杂波样本。通过使用最大似然估计计算双边截断后样本的均值和标准差,然后通过这2个参数估计值计算出截断阈值,最后再结合指定的虚警率(Probability of False Alarm,PFA)来对测试单元(Test Cell,TC)进行判断,完成最终的目标检测。这也是首次将CFAR检测器用于检测海上风电站。文章通过Sentinel-1数据集来验证该方法的有效性。实验结果表明,文章所提出的算法在相同指定虚警率下,具有更高的检测率(Detection Rate,DR)和更低的误报率(False Alarm Rate,FAR)。

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。

基于OSVI-CFAR改进的恒虚警检测器

为了提高恒虚警检测器(CFAR)在不断变化的杂波环境下的检测性能,提出了一种基于有序统计类可变性指示(OSVI)检测器改进的恒虚警检测器(new variability index-CFAR,NVI-CFAR)。该检测器将OSVI-CFAR和均值类恒虚警检测器(MLCFAR)各自的优点结合起来,通过可变型指标的作用,自动选择与环境相适应的检测算法。通过仿真实验验证了NVI-CFAR恒虚警检测器的优势,在均匀环境下检测性能与VI-CFAR基本相同,相同检测率的条件下NVI-CFAR的信噪比低于OSVI-CFAR0.27 dB;在多目标环境下具有稳定的抗干扰能力;杂波边缘背景下具有优良的虚警控制能力。

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。

一种改进的高分辨率SAR图像超像素CFAR舰船检测算法

合成孔径雷达(SAR)图像舰船目标检测一直受到学者广泛关注,恒虚警率(CFAR)检测算法作为雷达图像经典目标检测算法被广泛应用于SAR图像舰船目标检测中。然而经典CFAR检测性能容易受到相干斑噪声影响,基于滑窗的检测结果对滑窗的尺寸选择非常敏感,难以保证杂波背景中不存在目标像素,并且计算效率较低。针对上述问题,该文提出了一种新的基于超像素无窗快速CFAR的SAR图像舰船目标检测算法。首先,利用基于密度的快速噪声空间聚类(DBSCAN)超像素生成方法生成SAR图像的超像素。在SAR数据服从混合瑞利分布的假设下,定义了超像素相异度。然后利用超像素精确估计每个像素的杂波参数,即使在多目标情况下,也可以克服传统CFAR滑动窗口的缺点。此外,基于SAR图像变异系数,提出了一种基于变异系数的局部超像素对比度来优化CFAR检测,以此消除大量杂波虚警,如陆地区域人造目标。对5幅SAR图像的实验结果表明,与其他方法相比,该文方法对不同场景SAR图像海面舰船目标检测都十分稳健。

一种具有恒虚警性质的检测跟踪联合处理算法

该文提出一种具有恒虚警性质的检测跟踪联合处理算法。目的是在跟踪波门内平均虚警概率恒定的前提下,提升目标的平均检测概率和系统的跟踪性能。首先,该文结合跟踪器的反馈信息利用贝叶斯准则对传统的似然比检测器进行了修正,并给出了相应的判决表达式。而后,该文在给出了跟踪波门内平均检测概率和虚警概率的计算表达式。将其代入概率数据互联(PDA)算法互连概率的计算公式中,即可获取该算法的流程。最后,仿真实验验证了该算法的可行性和有效性。

一种航迹恒虚警的目标检测跟踪一体化算法

对于传统雷达系统,目标检测和目标跟踪通常被看作是两个独立的过程。然而,在跟踪阶段,可以获得目标位置信息(跟踪信息),将该信息反馈至目标检测器将有助于提升检测性能。为此,该文提出一种航迹恒虚警的目标检测跟踪一体化算法。首先根据目标跟踪信息和目标运动模型,建立预测波门;然后按照给定的航迹虚警概率,计算帧虚警概率,即预测波门内至少出现一个虚警的概率;最终根据帧虚警概率调整预测波门内的检测门限,完成目标检测过程。仿真实验表明,该算法可以大大提高目标检测概率,推远目标跟踪距离,同时也可以保证目标突然消失时航迹能够以较高的概率结束。

高斯背景下距离扩展目标的恒虚警率检测

对宽带高分辨率雷达(HRR)中的距离扩展目标进行检测,若还采用分辨雷达的检测方案,目标回波的全部能量得不到充分利用,会影响雷达的检测性能。提出了一类基于二进制积累的距离扩展目标检测算法,推导出了它们的平均虚警概率和平均检测概率的数学解析式,并进行了性能分析和比较。这些方法较常规低分辨雷达方法可获得目标信噪比8个多分贝的性能改善,且这些次优积累的高分辨雷达距离扩展目标检测方法具有易于工程实现的优点。

LFM脉冲雷达恒虚警检测的多假目标干扰研究

针对采用均值恒虚警检测器的线性调频脉冲雷达,提出了一种破坏雷达检测的多假目标干扰方法。首先,阐述了利用多普勒频率调制实现假目标分布的干扰策略。推导了假目标信噪比、假目标个数等关键参数。最后对干扰系统提出了一些建议,并对推导的结论进行了仿真验证。仿真结果表明,采用这种干扰方法可以大大降低目标被发现的概率。

基于恒虚警的高频地波雷达低速目标检测研究

海杂波背景下的高频地波雷达低速移动目标检测比较复杂,单独运用某种检测方法往往无法有效检测目标且导致很高的虚警概率。基于目标在距离多普勒谱图上的特征,提出了结合峰值检测技术、并同时在频域的多普勒向和距离向进行恒虚警检测的三级目标检测方案,进而利用不同海态等级下的模拟海杂波对该三级目标检测方案的性能进行仿真分析,仿真结果均符合理论上的整体虚警率分析并得到了较高的检测概率。最后该方法成功用于武汉大学的OSMAR高频地波雷达的目标实验数据,显示了较高的工程应用价值。