路和检测门限电路组成。主天线 ( 即原雷达天线 )
* 收稿日期: 2008- 10- 30; 修回日期: 2008- 11- 25
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第 48卷 第 12期 2008年 12月
T e lecommunication Eng ineering
Vo .l 48 No. 12 D ec. 2008
4 数值仿真分析
根据式 ( 6) , 利用 MATLAB 对系统的性能进行 了数值仿真与比较, 此处给出部分性能分析结果。
图 3为消隐门限 F 的平方 (被 r 归一化 )与归一 化门限 G0 = G /DS 的平方在给定虚警概率下的关系 图。该图是在给定虚警概率及归一化门限的平方在
5结 论
以瑞利杂波分布为背景的双通道 CFAR 检测系 统, 其恒虚警检测性能与单通道不同, 根据三元检测 数学模型推导出来的在线性检波下双通道 CFAR 检 测器的虚警概率表达式, 结合 MATLAB 数值仿真的
低占空度副瓣干扰的有效措施。 本文研究和分析了双通道恒虚警率 ( CFAR ) 检
测系统的原理及数学模型, 并推导出 Ray le igh杂波 模型在线性检波下的双通道 CFAR 检测器中虚警概 率表达式, 结合公式定量地分析了影响虚警概率的 因素, 得到了一些规律。
2 双通道检测的原理及数学模型
2. 1 双通道检测的原理 双通道检测系统由独立的两通道、消隐门限电
连接主接收通道, 辅助天线 ( 也称作保护天线 ) 连接 到辅助接收通道。两接收通道输出通过线性检波器
后, 在消隐门限电路比较确定接收到的信号是来自 主瓣还是副瓣。保护天线是一个宽波束、低增益的 天线。它一般位于主天线附近, 与主天线成一定的 角度接收相同的干扰信号 [ 1 ] , 其波瓣图最好刚超过 主天线的副瓣, 远小于主天线的主瓣。针对处理结 构中选用线性检波器的雷达, 其原理框图如图 1所 示。
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图 2 主天线和辅助天线的方 向图
2. 2 双通道检测的数学模型
双通道检测器的检测是在杂波的环境下确定信 号和 /或干扰的存在还是只有杂波的问题。通过以 上分析可知, 在该检测器中只会出现以下 4种情况:
( 1)主通道和辅助通道都只出现杂波的情况; ( 2)主瓣出现目标的情况; ( 3)副瓣出现干扰目标的情况; ( 4)主通道的主瓣出现目标和副瓣干扰在同一 距离单元的情况。 在雷达信号被消隐的情况下, 主、辅助通道信号 出现的形式是 ( 3)和 ( 4)中的一种, 说明副瓣出现干 扰目标; 当雷达信号未被消隐情况时, 主、辅助通道 信号出现的形式是 ( 1)和 ( 2)两种情况之一。但是, 双通道 CFAR检测器不仅要保持干扰消隐概率, 同 时更要保持恒定的虚警概率。根据上述分析, 引起 虚警的雷达信号形式可能是 ( 2)、( 3) 和 ( 4) 中的一 种。 那么, 由检测理论建立一个三元假设检验的模 型 [ 8] , 根据以上的分析做出 3种假设: ( 1)两个通道中只有杂波存在的零假设 H 0; ( 2)主波束内目标 H 1 的假设; ( 3)对应于副瓣区内的目标和干扰的假设。 由以上的假设, 分别对两个通道在线性检波之 前建立信号模型。主通道的数学模型为
Pf = P rob{ V /U < F, U > G | H 0 }
QQ ]
Fu
=
pU V ( u, v | H 0 ) dvdu
G0
( 4)
上式是在两个通道中只有杂波 存在的零假设
H 0 条件下, 信号不被消隐且超过检测门限 G的虚警 概率表示式。pUV ( u, v |H 0 )是在 H 0 的假设下主通道 和辅助通道在线性检波输出后的联 合概率密度函
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<C 分别为干扰幅度和相位, <A 与 <C 均为 [ 0, 2P] 之间的均匀分布且相互独立。
类似地, 保护通道的数学模型为
H 0: R = WR
H 1: R = XA ej<A + WR
e 2
-
G2 (
DS2F 2+ 2 DS2 DR2
DR2 )
DR
( 5)
设定 r = DR2 /D2S 为保护通道中的杂波功率与雷
达主通道中的杂波功率之比, G0 = G /DS 为主通道的
归一化门限。把 r 和 G0 代入 ( 5)式得到归一化后的
虚警表达式:
Pf
=
e - - G02 /2
1
+
1 F2
1引 言
在信号检测理论中, 当信号进入雷达接收机并 超过检测门限时, 就认为该信号被雷达天线的主瓣 截取。然而, 当强干扰或分立的强杂波从天线的副 瓣进入时, 它们往往与主瓣进入的目标信号混淆, 形 成假目标或虚警。采用超低副瓣天线来降低雷达对 位于天线主瓣以外信号的敏感性是一条最有效的抗 脉冲干扰和分立强杂波的方法, 但是实现成本太高, 并且要以主瓣的展宽为代价。在许多情况下, 采用 代价较低的抑制技术对付干扰或分立强杂波是行之 有效的方法。保护通道法正是一种代价低, 且对付
B= G1 /G 3
X= G1 /G 2
( 2)
式中, B表示保护天线的增益与主天线最大旁瓣增
益的比值, X表示保护天线的增益与主天线最大增 益的比值。 B2 在本文中称为增益裕度。
图 1 主通道与保护通道联合处理结构框图
由于保护天线的增益、主天线的最大增益和最 大旁瓣增益的不同, 位于雷达天线副瓣内的任何可 探测性目标, 将在辅助接收机中产生出比主接收机 中更强的输出信号。然而, 由于雷达天线主瓣增益 远大于辅助天线的主瓣增益, 位于雷达天线主瓣内 的任何目标将在主接收机中产生出远强于辅助接收 机的输出信号。因此, 通过将两部接收机的输出信 号进行比较, 在辅助接收机的输出信号更强时关闭 主接收机的输出, 从而实现对雷达天线副瓣干扰和 强杂波的抑制。这样, 可知双通道检测系统就是一 个副瓣消隐 ( SLB )系统 [ 2 ~ 7 ] 。该系统本质是两通道 杂波 (杂波和噪声统一称为杂波, 下同 )功率的比 较, 也就是主通道杂波功率由辅助通道杂波功率归 一化的比较。
数。在线性检波后输出, 主通道和辅助通道的包络 都服从 R ay le igh 分布, 且 两通道数据独立 不相关。 所以式 ( 4)转化为
Q Q Pf =
] G
u e 2 - u2 /2DS2 DS
1-
Fu Fu
v D2R
e- v 2/2DR2
dv
du
=
e- G2 /2DS2
-
D2R D2SF 2 +
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A Dual- channel Radar CFAR D etectionM ethod
SHEN D i, TON G N ing - ning, GUO Yi- duo
( T he M issile Institute, A ir F orce Eng ineering Un iversity, Sanyuan Shanx,i 713800, Ch ina)
第 48卷 第 12期 2008年 12月
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文章编号: 1001- 893X ( 2008) 12- 0063- 04
一种双通道雷达恒虚警率处理方法*
Vo .l 48 No. 12 D ec. 2008
沈 堤, 童宁宁, 郭艺夺
(空军工程大学 导弹学 院, 陕西 三原 713800)
( 3)
H 2: R = XA ej<A + BC ej<C + WR
其中, WA 为保护通道中的杂波幅度, 服从高斯分布
WR ~ N ( 0, RR2 ), 且与相互独 立, 变量 B、X 由式 ( 2)
定义。
3 系统性能分析
在上节设定的数学模型下, 由虚警的定义和物 理含义定义出虚警概率的表达式如下:
Abstract: Based on the ana lysis o f dual channe l radar CFAR detection principle, a m athem atica lm ode l o f ternary detect ion is established in Rayle igh env ironm en,t and the probab ility expression o f fa lse- alarm for dua l- channe l radar CFAR detector is deduced in linear detector. Com bin ing ofMATLAB sim u lation, the factors effect ing false- a larm are analyzed quantificationa lly and com pared w ith sing le channe l radar CFAR detector. The conclusion that the probability o f false- alarm is the function o f norm a lized thresho ld and blank ing thresho ld is draw n. Key w ord s: radar signal detection; dua l channe l radar; CFAR detection; b lank ing thresho ld; probab ility of false- alarm
摘 要: 在分析双通道恒虚警率 ( CFAR) 检测系统原理的基础上, 以瑞利杂波分布为背景, 建立了一 个三元检测的数学模型, 推导出线性检波下双通道 CFAR 检测器的虚警概率表达式。结合公式利用 MATLAB仿真, 定量分析了影响虚警概率的因素, 并将其与单通道情况进行了比较, 得出双通道的虚 警概率是归一化门限与消隐门限的函数的结论。 关键词: 雷达信号检测; 双通道雷达; 恒虚警率检测; 消隐门限; 虚警概率 中图分类号: TN802 文献标识码: A