连续波频率调制雷达频域恒虚警检测的研究

光纤光耦合技术及数字处理技术的进步使得基于光纤连续波频率调制(FMCW)雷达技术快速发展。针对激光雷达时域信号处理在远程目标探测中的不足,根据雷达传统时域中的多重门限以及FMCW雷达回波频谱的特点,使用了频域恒虚警率(Constant False Alarm Rate,CFAR)目标检测技术。该CFAR技术是基于对回波信号进行时频变换,并对其结果进行解析,得出目标的距离及速度信息,实现在恒定虚警概率的前提下最大化提高系统的探测率。     

一种捷变频雷达距离速度超分辨-恒虚警-自适应重构参数估计算法

针对捷变频雷达目标参数估计与强欺骗干扰抑制问题,提出了一种适用于距离-速度维稀疏处理模型的超分辨-恒虚警(CFAR)-自适应重构算法,实现了目标搜索、距离-速度参数估计及欺骗干扰抑制。基于量化格点的距离-速度超分辨谱实现了目标距离-速度参数与字典元素的匹配,并采用CFAR算法对距离速度平面进行二维搜索,以实现目标检测与距离速度参数估计。采用自适应重构对消方法从观测向量矩阵中减去已估计目标分量,迭代过程中更新二维谱噪声子空间维度,循环采用距离-速度谱、CFAR及自适应对消实现剩余目标估计。通过每次迭代过程中的多目标估计与对消,解决了强欺骗干扰情况下的弱目标参数估计问题。该方法为捷变频雷达距离速度维稀疏表示欠定方程数学模型提供了另一种求解途径。     

距离—速度相参干扰对目标识别雷达欺骗干扰效能分析

雷达自动目标识别技术的发展表明,通过对目标的雷达回波进行分析可以实现对目标类别属性的判断,给欺骗干扰带来了新的挑战.研究了距离-速度相参假目标欺骗干扰对具备目标识别能力雷达的干扰效果,以基于微动特征的目标识别方法为例,通过理论分析、仿真验证等方式进行了分析,结果表明,距离-速度相参假目标信号能够很好地通过雷达的目标检测处理过程,但是由于并未考虑对目标回波特性的高逼真模拟,因此现阶段,雷达自动目标识别技术能够实现对距离-速度相参干扰假目标信号和真实目标信号的区分.     

基于杂波特征评估的雷达目标点迹过滤方法

雷达在目标检测和跟踪时常面临地杂波、海杂波、气象杂波等复杂强杂波的干扰,而雷达回波信号经过传统的动目标显示(MTI)和恒虚警(CFAR)检测处理后的剩余杂波,在距离-时间(脉冲)上的二维分布与目标非常相似,无法区分。对此,提出一种基于杂波综合特征评估的雷达目标点迹过滤方法,综合考虑目标与杂波在幅度起伏、距离/俯仰/方位相关性、相位变化等多维特征的不同,利用综合特征因子评估区分目标和杂波。最后,利用雷达实测数据对所提方法进行验证。结果表明,杂波有效抑制率较传统方法有显著提升。     

基于Duffing振子的机场异物自动判决算法

基于毫米波雷达的机场异物(FOD)检测技术具有高分辨率和低功耗的特点,但是传统恒虚警(CFAR)类检测算法在低信杂比(SCR)情况下虚警过高.该文提出一种基于Duffing振子的FOD检测算法.该算法首先利用杂波图CFAR检测算法将雷达接收机接收回波中的背景杂波初步分离,获得目标(包含虚警)的距离信息,并利用该信息构造Duffing方程,之后将此方程作为系统检测模型,输入接收回波信号,求解输出信号方差,采用方差极值法区分目标和虚警.仿真结果表明,在低信杂比情况下,即使虚警概率为10-3,该文检测算法也可以降低虚警率,实现目标与虚警的自动判决.与传统CFAR检测算法相比,该算法的检测概率高于传统检测算法且随信杂比的下降减小速度缓慢,即使在信杂比-30 dB的情况下所提算法仍然可以保持84％的检测概率.     

基于窗口参数估计的距离扩展目标CFAR检测

雷达在探测目标时,若目标尺寸远大于雷达的距离分辨率,会在距离维上呈现出距离扩展目标特性,采用传统的点目标检测方法因无法利用全部能量而造成检测性能下降。本文针对距离扩展目标检测问题,以外辐射源雷达为背景,首先建立了外辐射源雷达距离扩展目标回波模型,提出了基于最大广义信噪比准则的距离扩展窗口参数估计方法来预估距离扩展目标的位置与宽度;为进一步判断窗口内是否为目标,研究了距离扩展窗口内的模糊恒虚警率（CFAR）检测算法,仿真比较了基于不同积累准则对各类起伏目标的模糊CFAR检测性能,并与传统的二进制积累CFAR比较,表明在均匀噪声环境和多目标环境下,基于模糊代数积积累的模糊CFAR检测性能均最优。最后结合外辐射源雷达舰船目标探测实验的实测数据处理结果,证明了基于模糊代数积积累的模糊CFAR具有最优的检测性能。     

天空双基地预警雷达长时间相参积累算法研究

天空双基地预警雷达体制中,信号传播距离远,回波信噪比低,且目标高速运动常导致回波越距离单元走动,从而影响目标检测性能。针对这一问题,将Keystone变换用于天空双基地预警雷达体制中,在建立空间几何模型的基础上,分析了回波越距离单元走动特性,应用Keystone变换校正距离单元走动,并进行解多普勒模糊处理和基于单元选大准则的数据处理。该方法可以用于多个不同距离和速度的目标距离走动校正和相参积累检测。仿真结果验证了该方法具有良好的多目标检测性能。     

基于Duffing振子的机场异物自动判决算法

基于毫米波雷达的机场异物(FOD)检测技术具有高分辨率和低功耗的特点,但是传统恒虚警(CFAR)类检测算法在低信杂比(SCR)情况下虚警过高。该文提出一种基于Duffing振子的FOD检测算法。该算法首先利用杂波图CFAR检测算法将雷达接收机接收回波中的背景杂波初步分离,获得目标(包含虚警)的距离信息,并利用该信息构造Duffing方程,之后将此方程作为系统检测模型,输入接收回波信号,求解输出信号方差,采用方差极值法区分目标和虚警。仿真结果表明,在低信杂比情况下,即使虚警概率为10–3,该文检测算法也可以降低虚警率,实现目标与虚警的自动判决。与传统CFAR检测算法相比,该算法的检测概率高于传统检测算法且随信杂比的下降减小速度缓慢,即使在信杂比–30 dB的情况下所提算法仍然可以保持84%的检测概率。     

基于对数行列式散度与对称对数行列式散度的高频地波雷达目标检测器

高频地波雷达(HFSWR)利用电磁波绕射原理进行目标探测,具有超视距的特性。然而,探测距离的增加会使得雷达目标回波能量减弱,进而使得雷达探测能力下降。为了改善高频地波雷达的探测性能,该文提出了一种基于信息几何理论的局域联合矩阵恒虚警率(CFAR)检测器,利用信号在角度、多普勒速度和距离的多维信息进行检测;并使用对数行列式散度(LDD)和对称对数行列式散度(SLDD)代替黎曼距离(RD)作为距离度量。最后,实验结果验证了该文提出的检测器能够有效地改善雷达对目标的检测性能。     

一种距离扩展目标的Hough变换检测器

针对宽带雷达信号得到的距离扩展目标在有较大运动速度时积累检测困难的问题,该文提出一种基于Hough变换的检测器(HTD)。利用距离扩展目标高分辨距离像信号的相邻回波之间信号具有较大相关系数这一特点,在互相关序号与相关时间2维平面使用Hough变换进行积累来检测目标。理论推导表明Hough变换检测器不需要目标散射中心分布的先验知识和目标的运动信息,具有恒虚警(CFAR)性能。计算机仿真实验表明Hough变换检测器具有比不依赖散射中心分布信息的广义似然比(NSDD-GLRT)检测器更好的检测能力。     

动目标检测与速度估计仿真研究

介绍了雷达信号处理技术中的脉冲压缩、动目标检测、脉冲多普勒处理和恒虚警检测技术,并对雷达发射波形、目标回波、动目标检测进行了Matlab仿真。对脉冲回波信号进行脉冲压缩与动目标显示得到动目标脉压信号。利用动目标显示和脉冲多普勒处理实现脉压信号的动目标检测,并得到脉冲多普勒数据块。在数据块的距离维上进行恒虚警检测,检测动目标的距离,然后提取对应距离门的多普勒数据,检测动目标的速度。通过仿真建立了雷达信号处理的基本框架,为雷达系统建模及其仿真的深入研究提供了仿真支持。     

用于HRR雷达在非高斯杂波中进行起伏目标检测的基于Hough变换的两种算法之比较

在HRR雷达中,当目标尺寸大于雷达波长和雷达距离分辨单元时,在连续扫描过程中从目标不同散射中心返回的目标回波会产生不同的方向图,使传统杂波抑制方法无效。提出采用Hough变换来解决这个问题。Hough变换是一种在图像中识别曲线的著名变换。比较了两种基于Hough变换的雷达检测算法,一是将数据空间中的点映射到ρ-θ空间中的曲线的传统模式,另一种模式采用斜率-截距参数空间Hough变换。斜率-截距模式的效率通过仿真进行验证。与传统模式相比,Hough变换的斜率-截距模式的性能更好。针对非起伏目标及四种Swerling类目标,研究了在瑞利分布、Weibull分布、对数正态分布和K分布杂波下,Hough变换检测器的斜率-截距模式对HRR雷达信号的检测性能。还研究了目标速度和脉冲数的影响。通过Monte-Carlo仿真对Hough变换检测器的目标检测性能进行了分析。     

基于VMD的宽带混沌雷达多生命信号探测方法

提出并实验验证了一种基于变分模态分解（VMD）的宽带混沌雷达多生命信号探测方法。首先基于混沌相关测距获得原始回波矩阵,然后利用VMD方法抑制噪声和杂波并重构多生命信号,包括基于0 dB峰值噪声比（PNR）判决减小VMD运算量,通过中心频率分析优选 K值以及利用3 dB峰值旁瓣水平（PSL）判决自动提取呼吸信号,最后结合快速傅里叶变换（FFT）和恒虚警率（CFAR）等,同时估计墙后多个人体目标的呼吸频率和距离。实验结果表明所提方法可以实现20 cm墙后二至五个人体目标的准确、快速探测,并且具有15 cm的高距离分辨率。      

基于时频重排—霍夫变换的雷达回波信号检测

提出了将时频分布进行时频重排再利用Hough变换，对多目标雷达回波信号的检测与参数估计方法，解决了WVD—Hough方法中交叉项引起伪尖峰所造成的误检测以及QTFD—Hough的时频聚集性下降引起的参数估计精度降低和运行时间增大的问题。仿真实验表明，该方法能有效地检测多目标雷达回波信号并准确地估计其参数，而且有较好的抗噪声性能。     

气象雷达抑制机场宽带杂波方法研究

针对机场区域内气象雷达回波信号中,直升机、螺旋桨飞机等旋转目标产生的杂波难以抑制的问题,文中提出了一种基于快时间维恒虚警处理雷达回波数据的方法。首先,分析了旋转目标产生的杂波和气象雷达回波信号的时频特性;然后,对雷达回波数据进行快慢时间维展开,并对快时间维进行恒虚警率处理,剔除杂波脉冲峰值,得到距离-多普勒域;最后,将距离-多普勒域数据中丢失的部分进行插值计算,比较抑制效果。仿真结果表明:该方法能较好地抑制旋转目标产生的宽带杂波。     

一种捷变频联合Hough变换的抗密集假目标干扰算法

转发式密集假目标干扰通过在距离维上产生多个虚假目标,扰乱雷达对真实目标的检测与识别。由于虚假回波信号与真实信号高度相关,雷达很难对其进行有效识别和抑制。而捷变频雷达通过随机改变发射相邻脉冲的载频,大大提高了雷达的低截获和抗干扰能力。但是捷变频雷达不能完全消除干扰,部分目标回波脉冲可能被干扰淹没,无法很好地完成相参积累和目标检测。针对上述问题,该文提出捷变频联合Hough变换的抗干扰方法,首先利用脉间频率捷变技术规避大部分窄带瞄准和欺骗式干扰;然后针对干扰信号时间上的不连续特性,通过Hough变换和峰值提取进行干扰识别与抑制;最终,针对捷变频与传统动目标检测(MTD)不兼容问题,通过稀疏重构完成目标的检测。仿真与实际雷达和干扰机对抗实验表明,该方法可以获得良好的抗干扰性能和目标检测性能。     

一种LFMCW雷达距离速度去耦合方法

宽带线性调频连续波雷达应用非常广泛,但目标运动会带来距离与速度耦合的问题从而使距离谱产生模糊。文中在分析目标回波信号基础上,提出了一种基于Radon-Ambiguity变换与分数阶傅里叶变换的距离速度去耦合新方法。该方法利用Radon-Ambiguity变换和分数阶傅里叶变换分别估计回波信号的调频率和估计初始频率,最终实现距离速度去耦合。仿真结果验证了该算法的有效性,算法同时具有速度快、精度高等优点。     

Duffing振子在低信噪比雷达目标微动特征提取中的应用

雷达目标部件的旋转运动引起的微多普勒效应为目标精确识别提供了新的技术途径,近年来获得了广泛研究。该文以含旋转部件目标为例,提出了一种利用Duffing振子在低信噪比条件下提取雷达目标微动特征的方法。由于经参考信号共轭相乘后的旋转散射点回波信号是由多个正弦分量组成的,因此采用Duffing振子系统对回波信号中的正弦分量进行检测,并对该正弦分量频率所对应的距离单元在距离-慢时间平面上进行能量增强,最后结合Hough变换完成对雷达目标微动特征的提取。仿真实验验证了该方法的有效性。