LFMCW雷達恒虛警檢測技術研究.pdf

1、線性調頻連續(xù)波(LFMCW, linear frequency modulated continuous wave)雷達具有體積小、重量輕、距離分辨力高、無距離盲區(qū)和抗截獲能力強的優(yōu)點，在戰(zhàn)場偵察、汽車防撞等領域得到了廣泛的應用。在LFMCW雷達實際工作中，地面目標往往位于雜波變化劇烈區(qū)域、多目標區(qū)域等非均勻環(huán)境中，導致恒虛警(CFAR,constant false alarmrate)檢測時存在虛警概率升高和檢測概率降低的問題。圍繞L

2、FMCW雷達高斯背景下的雜波邊緣環(huán)境、多目標環(huán)境以及非均勻環(huán)境，對CFAR檢測技術進行了研究。本文主要工作如下:
　　 1、研制完成一部X波段頻掃LFMCW雷達樣機，該雷達采用微帶漏波頻率掃描天線、固態(tài)發(fā)射機射頻組件、基于DSP+FPGA的信號處理平臺以及基于ARM9的總控系統。結合先進的軟件無線電技術和信號處理算法，在平均發(fā)射功率為500mW條件下，能夠在1公里范圍內強地雜波環(huán)境下發(fā)現慢速運動的人，最小可檢測速度為0.315m

3、/s。該雷達采用頻率電掃描天線避免了天線伺服系統的使用，同時提高了地雜波的抑制性能;采用連續(xù)波體制降低了射頻組件的設計復雜度，節(jié)約了成本。
　　 2、針對LFMCW雷達在雜波邊緣環(huán)境中的CFAR檢測算法進行了研究，提出一種基于最大似然差(MLD，maximum likelihood difference)的CFAR檢測器MLD-CFAR。MLD-CFAR檢測器通過計算MLD來判斷參考滑窗中是否存在雜波邊緣，并在存在雜波邊緣時判斷

4、雜波邊緣的最大似然位置;通過計算均值比(MR,mean ratio)來判斷前、后沿滑窗是否來自相同雜波分布，進而自適應選擇參考單元和均值類CFAR算法計算檢測門限。MLD-CFAR在雜波邊緣環(huán)境中能夠保持恒虛警率，提高目標檢測概率，減少目標遮蔽現象;在均勻環(huán)境中與單元平均CFAR檢測器相比檢測損失很小，從而提高了CFAR檢測器在雜波邊緣環(huán)境中的魯棒性。
　　 3、針對LFMCW雷達在非均勻雜波環(huán)境中的CFAR檢測算法進行了研究，

5、提出了一種改進開關CFAR(IS-CFAR, improved switching CFAR)檢測器，用以克服開關CFAR(S-CFAR, switching CFAR)檢測器在雜波邊緣環(huán)境中虛警概率升高的問題，并且在多目標環(huán)境中保持高檢測性能。IS-CFAR檢測器利用檢測單元幅度生成一個比較門限，然后分別統計前、后沿滑窗中小于該比較門限的參考單元數目，以此判斷參考滑窗位于的雜波環(huán)境，進而選取相應的參考單元計算檢測門限。本文給出了IS-

6、CFAR在均勻環(huán)境以及非均勻環(huán)境中的檢測概率和虛警概率閉型表達式。 IS-CFAR在均勻環(huán)境中CFAR損失很小，在多目標環(huán)境中檢測性能與S-CFAR基本相同;在雜波邊緣環(huán)境中，IS-CFAR的虛警控制能力遠優(yōu)于S-CFAR，并且接近于性能最優(yōu)的選大CFAR檢測器。
　　 4、推導了廣義開關CFAR(GS-CFAR，generalized switching CFAR)檢測器精確的檢測概率表達式，并將GS-CFAR在均勻環(huán)境及非均

7、勻環(huán)境中的檢測概率和虛警概率統一為一個表達式。通過Monte-Carlo方法驗證了對GS-CFAR推導結果的正確性。通過仿真分析得出，在多目標環(huán)境中，GS-CFAR的檢測性能略優(yōu)于S-CFAR，但是低于OS-CFAR。
　　 5、為了提高LFMCW雷達在多目標環(huán)境中的檢測性能，提出了一種基于最大參考單元(MRC, maximum reference cell)的CFAR檢測器MRC-CFAR。在MRC-CFAR中，將MRC與一個

8、標稱化因子相乘生成一個比較門限，然后將剩余單元與該門限比較，根據小于該門限的單元數目來判斷參考滑窗是否存在干擾目標，以此來選取相應參考單元生成檢測門限。本文推導了MRC-CFAR在均勻和非均勻環(huán)境中的檢測概率和虛警概率表達式。當參數選取合適時，MRC-CFAR在均勻環(huán)境中具有很低的CFAR損失，在干擾目標環(huán)境中檢測性能遠優(yōu)于S-CFAR和有序統計CFAR(OS-CFAR, order-statisticCFAR)檢測器，在雜波邊緣環(huán)境中

9、具有良好的虛警控制能力。由于僅需獲得參考單元中最大值，不需要作其它排序處理，MRC-CFAR計算量較低，易于在實際雷達系統中使用。
　　 6、傳統雜波圖CFAR(CM-CFAR, clutter map CFAR)檢測器在多持續(xù)目標環(huán)境中存在自遮蔽現象，為了提高CM-CFAR在LFMCW雷達工作中的檢測概率，提出了一種基于最大單元(MC，maximal cell)的雜波圖CFAR檢測器CM/MC-CFAR。在CM/MC-CFAR

10、中，對于每個掃描周期，將MC與一個標稱化因子相乘生成一個比較門限，然后將剩余單元與該門限比較，根據小于該比較門限的單元數目來選取相應單元更新背景雜波功率估計。本文推導了CM/MC-CFAR在均勻環(huán)境和多持續(xù)目標環(huán)境中的檢測概率和虛警概率表達式。仿真結果表明，CM/MC-CFAR在均勻環(huán)境中檢測損失很小，在多持續(xù)目標環(huán)境中檢測性能優(yōu)于傳統的有序統計雜波圖CFAR檢測器和混合CM/L-CFAR檢測器，能夠有效克服多持續(xù)目標環(huán)境中的自遮蔽效應