談降低船用連續(xù)雷達(dá)波虛警概率的海雜波抑制手段

王皓

摘 要：為有效解決由海雜波引起船用連續(xù)雷達(dá)波虛假警概率增大和海雜波抑制算法工程實(shí)踐應(yīng)用不易的問題，筆者提出利用雙參數(shù)刪除型CFAR檢測算法和統(tǒng)計(jì)檢測算法的綜合二次檢測手段，按照相鄰幀間目標(biāo)回波和片狀海雜波的相關(guān)性特點(diǎn)對幀間雜波進(jìn)行處理，并通過仿真實(shí)驗(yàn)和海上試驗(yàn)來驗(yàn)證檢測方法的適用性，最終達(dá)到降低船用連續(xù)雷達(dá)波虛警概率的目的。

關(guān)鍵詞：船用連續(xù)雷達(dá)波 虛警概率 海雜波 抑制手段

中圖分類號：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0024-01

各類船只如果想要探測周圍的其他物體像船只、浮標(biāo)、橋墩或者島嶼之類可以給與駕駛員直接目標(biāo)距離和方位信息，只要在穿上安裝船用連續(xù)雷達(dá)波即可，掌握這些信息便可以規(guī)避大部分危險(xiǎn)物，從而降低碰撞事故的發(fā)生幾率。通過探測潛在目標(biāo)物的回?fù)苄盘栠M(jìn)行探測即是船用連續(xù)雷達(dá)波的應(yīng)用原理，但是我們所接收到的回波信號往往包含多種雜波，如海雜波等都會影響到對目標(biāo)物探測信號的提取。也就是說，如果有雜波的話，連續(xù)雷達(dá)波的虛警信號肯定會增加，或者是虛警概率不變，檢測概率降低，抑制船用連續(xù)雷達(dá)波虛警概率的海雜波是必須的。

1 降低船用連續(xù)雷達(dá)波虛警概率的海雜波抑制方法

1.1 二次檢測算法

海雜波在當(dāng)前環(huán)境的探測算法是以利用距離向CFAR檢測算法為主，這樣的話就會出現(xiàn)將強(qiáng)度較大的海雜波錯(cuò)認(rèn)成檢測部門的現(xiàn)象。為解決這一難題，筆者專門提出二次檢測算法。本算法是利用一個(gè)波束內(nèi)的同一個(gè)距離單元且不同方位的目標(biāo)回波相關(guān)性強(qiáng)和片狀海雜波相關(guān)性弱的特點(diǎn)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，應(yīng)用本算法的船用連續(xù)雷達(dá)波，其天線的轉(zhuǎn)速為36r/min，方位寬波束寬度為5.2°，信號發(fā)射周期為3.3 ms，也就是說每個(gè)波束內(nèi)擁有七個(gè)信號周期。

FFT后的數(shù)據(jù)可通過CFAR檢測得到目標(biāo)信息并進(jìn)行存儲和二元化處理，然后采取“滑窗”的方式對當(dāng)前所處方位取得的目標(biāo)信號和其他六個(gè)方位所取得目標(biāo)信息共同組成數(shù)組形式，且依照方位向上對模板信息重排，對于相同距離單元上的七個(gè)方位向上的目標(biāo)再行統(tǒng)計(jì)與判決，如有相鄰方位的相關(guān)性，判決可從第四個(gè)方位輸出目標(biāo)信息，以此得到的檢測結(jié)果更加可靠。

根據(jù)一個(gè)波束內(nèi)的目標(biāo)和片狀海雜波相關(guān)性特點(diǎn)的不同，利用二次檢算法即可起到對片狀海雜波的抑制效果。CFAR檢測算法可首先將海雜波的影響降到最低，如此會取得更好的抑制效果。海雜波環(huán)境下的CFAR檢測算法普遍采用雙參數(shù)CFAR檢測算法，即便檢測方法相較于單參數(shù)CFAR檢測算法對于海雜波的抑制能力更強(qiáng)，但對于個(gè)別目標(biāo)和虛警的雜波估計(jì)值仍然會產(chǎn)生不小的影響。為有效規(guī)避這一弊端，筆者又提出了雙參數(shù)刪除型CFAR檢測算法。

應(yīng)用雙參數(shù)刪除型CFAR檢測算法可保證幅度判決門的穩(wěn)定性，在完成對參考單位的均值計(jì)算以后，不需要將其均值作為幅度判決的門限，僅作為幅度刪除的門限。與此同時(shí)，采用高分辨率的雷達(dá)在海平面進(jìn)行低視角觀測時(shí)，海雜波不呈高斯類瑞利分布，而是呈現(xiàn)對數(shù)-正態(tài)分布、韋布爾分布、相關(guān)K分布等非高斯類分布，也就是說海雜波出現(xiàn)尖峰的概率大大增加了，此時(shí)可利用方差對海雜波尖峰位置的門限進(jìn)行提升，以保證均勻雜波位置的門限可同時(shí)依仗均值和方差來保持穩(wěn)定，虛警概率便不會因環(huán)境的變化而發(fā)生改變。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）虛警概率。因相鄰幀間的海雜波相關(guān)弱的特點(diǎn)，可以假設(shè)相鄰幀間的海雜波不存相關(guān)性。如果進(jìn)行單幀處理海雜波引起的虛警概率是Pfa-S，如果進(jìn)行M幀處理海雜波引起L次（含L次）虛警概率為Pfa-M可以公式（1）表示。

（1）

其中：是虛警次數(shù)。

按照公式（1）進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，假設(shè) ，海雜波引起的虛警概率仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

其中，橫坐標(biāo)是單幀處理的虛警概率，縱向做標(biāo)是經(jīng)幀間處理后的虛警概率。由圖4可知，經(jīng)幀間處理后的虛警概率相較于單幀處理的虛警概率明顯要低。

（2）海上實(shí)驗(yàn)。

應(yīng)用本文提出的海雜波抑制方法的船用連續(xù)波雷達(dá)在海上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，遇到的風(fēng)浪較大，首先通過雷達(dá)的顯控面板關(guān)閉海雜波抑制功能，打開海雜波抑制功能，因?yàn)轱L(fēng)浪較大，所以將海雜波等級調(diào)節(jié)系數(shù)在40%～70%之間進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，同時(shí)對雷達(dá)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，發(fā)現(xiàn)海雜波等級調(diào)節(jié)系數(shù)在60%時(shí)海雜波抑制效果較好，故將海雜波等級調(diào)節(jié)系數(shù)鎖定在60%，對應(yīng)CFAR檢測的可變處理窗包括255個(gè)參考單元。

2 結(jié)語

所以結(jié)合上文，本文提出一種根據(jù)海雜波成像的形態(tài)特征研究出來的可以降低船用連續(xù)雷達(dá)波虛警概率的海雜波抑制手段。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明該方法可以在有效解決由于海雜波造成的虛警概率變化的基礎(chǔ)上，隨時(shí)根據(jù)海平面變化調(diào)節(jié)海雜波等級，來實(shí)現(xiàn)抑制不同等級的海雜波的目的。從諸多實(shí)踐應(yīng)用的成效來看，本方法便于船用連續(xù)雷達(dá)的應(yīng)用，在進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)之后也可在脈沖雷達(dá)上進(jìn)行推廣與應(yīng)用，以此保證船用雷達(dá)在復(fù)雜海雜波環(huán)境下降低虛警概率。

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