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利用单元平均恒虚警检测器检测雷达信号
摘要：恒虚警方法就是采用自适应门限代替固定门限，而且此自适应门限能随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小自适应地调整。在杂波背景下，由于信号是非同态的，有时还是时变的，所以采用单元平均恒虚警检测器检测雷达信号。
关键字：雷达信号检测 恒虚警概率 检测概率
0 引言
在现代雷达信号处理中，为了提高雷达的性能，首先需要提高检测器输入端的信噪比及信干比，其措施是降低接收机的噪声系数，采用各种抑制杂波和抗干扰的措施等。但是即使采用了上述方法，检测器输入端还会有噪声、杂波和干扰的剩余分量。由于接收机内部噪声电平因模拟器件的影响而缓慢时变，杂波和干扰剩余也是时变的，且在空间非均匀分布，所以仍需要采用各种恒虚警方法来保证雷达信号检测具有恒虚警特性。
杂波在空间的分布是非同态的，有些还是时变的，不同区间的杂波强度也有大的区别。因而杂波背景下的恒虚警检测器与噪声背景下的恒虚警检测器有着明显的差别，其杂波的平均值只能通过被检测点的邻近单元计算得到。所以采用单元平均恒虚警检测器。
1 恒虚警检测的概述
目前常用的雷达信号的恒虚警处理分为两大类，即噪声环境的恒虚警处理和杂波环境的恒虚警处理。
噪声环境的恒虚警处理适用于热噪声环境。杂波环境的恒虚警处理既适用于热噪声环境，也适用于杂波干扰环境。由于杂波环境的恒虚警处理存在恒虚警损失，所以目前的雷达信号恒虚警处理一般都有两种处理方式，根据干扰性质自动转换。
横虚警率处理器主要有两个性能指标：（1）恒虚警率性能，表明了恒虚警率处理器在相应的环境中实际所能达到的恒虚警率情况；（2）恒虚警率损失，雷达信号经过恒虚警率处理后，为了达到原信号的检测能力所需的信噪比的增加量。
2 单元平均恒虚警检测器的原理
将输入信号送到由个延迟单元构成的延迟线上，检测单元D的两侧各L个单元为参考单元。将所有参考单元中的值求和后再除以2L就可以得到被检测单元处杂波背景的均值估计。检测门限,当调整门限乘子K的大小时，可以改变门限的大小，从而控制了虚警率的大小。原理图如下：
图2.1 单元平均恒虚警检测器
3 单元平均恒虚警检测器的性能分析
如图2.1所示，2L个参考单元构成了计算均值估计用的数据窗，在每次雷达发射脉冲后，接收的所有回波数据将从这个数据窗依次滑过，由于参考单元数目有限,均值估计会有一定起伏。参考单元数越少，均值估计的起伏越大。为了保持同样的虚警率，必须适当提高门限（调整K值）。但门限值的提高将降低发现概率，所以需要增加信噪比以保持指定的发现概率。此时为了达到指定的恒虚警要求就需要额外增加信噪比，即恒虚警损失。
恒虚警损失的计算步骤是根据参考单元的数目M和指定的恒虚警率，求得发现概率与输入信噪比的关系，就可计算得到恒虚警损失。恒虚警损失以符号表示，其定义为
（3.1）
式中，表示在一定、下，参考单元数目为N时所需的信噪比；表示在同样的、，参考单元的情况，所需的信噪比。恒虚警损失不但与参考单元数有关，还与检测前的脉冲积累数N和目标起伏情况有关。
表3-1中列出了高斯杂波背景下目标无起伏、目标起伏为斯伟林情况1和斯伟林情况2三种情况下的恒虚警损失。由表3-1可见，参考单元数值越大，恒虚警损失就越小；脉冲积累数越大，恒虚警损失也就越小。当脉冲积累数大于10以后，只要参考单元数值大于3，恒虚警损失就可以降到2dB以下。而且脉冲积累数受限于雷达波束内可能接收到的回波脉冲数。但参考单元数值也不能太大，因为杂波在空间分布是同态的，即使同一种杂波在不同距离和方位上也有所不同，参考单元数值太大，会使均值估计难以适应杂波在空间的非同态分布的变化。
积累脉冲数M
参考单元数2L
目标无起伏
Swerling1
Swerling2

1
1

3
13.0
15.3
12.9
13.3

10
3.4
3.5
3.1
3.4

3
1
15.1

15.4

15.5
15.9
3
4.9
5.1
4.7
4.7
4.9
5.1
10
1.4
1.4
1.4
1.2
1.5
1.4
30
1
3.5
3.6
3.2
3.7
3.5
3.5
3
1.3
1.4
1.1
1.4
1.3
1.3
10
0.4
0.5
0.3
0.4
0.4
0.3
100
1
2.5
2.4
3.4
4.3
2.4
2.5
3
1.0
1.0
0.9
1.3
0.9
1.0
10
0.3
0.3
0.3
0.7
0.3
0.3
表3-1 时，CA-CFAR检测器的恒虚警损失
4 结论
从对恒虚警检测器的性能分析中，可以知道恒虚警损失在雷达信号检测中是非常重要的。同一、下，参考单元数、积累脉冲数不同，恒虚警损失不同。即使M=1，当N超过100时，也很小，可以忽略，而认为无恒虚警损失。此外积累能降低恒虚警损失。这是由于积累起到了平均的作用，可以降低干扰幅度的起伏，使虚警概率的起伏变小。并且积累数目M越大，损失越小。
5 参考文献
[1] 赵树杰.信号检测与估计理论.西安：西安电子科技大学出版社，2001.
[2] 景占荣，羊彦.信号检测与估计.北京：化学工业出版社.2004.
[3] 吴顺君，梅晓春.雷达信号处理和数据处理技术.北京：电子工业出版社.2008.
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