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复杂环境下雷达CFAR检测与分布式雷达CFAR检测研究

王明宇  
【摘要】: 经过30余年的发展,雷达恒虚警(CFAR)检测已逐渐成为现代雷达的一项标准技术,已形成了一整套相对完整的理论、概念和方法,并在各种用途、各种类型的雷达中获得了广泛应用。但是,做为一种信号检测技术,雷达CFAR检测无论在理论上还是在应用上都还远没有达到成熟,尤其是针对各种实际检测环境,如干扰环境、非高斯杂波环境等的CFAR检测问题,还存在许多理论与技术问题有待深入研究。另外,近年来随着分布式布站雷达所受到的广泛重视,分布式CFAR检测成为雷达信号处理技术的一个新热点。尽管目前雷达分布式CFAR检测的大部分基础理论问题,如系统结构、数据融合假设检验、性能测度、融合规则等已基本解决,许多单传感器CFAR检测理论和技术也可以移植到分布式系统,但由于分布式检测环境的特殊性,尤其是当面对复杂多变的实际应用环境时,雷达分布式CFAR检测仍有许多课题有待进一步的研究和探索。 本文的主要宗旨是在前人研究成果的基础上,面向实际应用的需求,研究在各种接近实际工作条件的复杂环境(干扰、杂波,以及变化与非一致的的检测条件)下,雷达CFAR检测与分布式CFAR检测的理论、方法、性能特点与设计思路。主要工作概括起来有以下几个方面: (1) 对现有雷达CFAR检测技术,特别是非均匀环境下的CFAR检测技术进行全面的总结与分析,利用数值分析与性能仿真方法,从不同的角度对各种均值(ML)类、统计排序(OS)类和削减平均(TM)类CFAR检测器进行理论分析和性能比较,并总结各种检测器的规律与特点,为今后的实际应用和研究新的CFAR检测技术提供准备。 (2) 在第一项工作的基础上,提出了一种基于单元筛选(CS)的雷达CFAR检测方法,并对这种方法的检测与虚警性能进行了推导与分析。结果表明,这种检测方法在均匀环境下基本没有检测损失,而在干扰环境下它可以显著改善ML和OS-CFAR检测器的检测性能。但同时在边缘杂波环境下,其虚警控制能力很差,因此我们通过采用参考单元的双窗最大选择(GO)处理,来改善其边缘杂波环境下的虚警性能。结果表明,这种采用单元筛选与GO选择处理的检测器同时具有良好的抗干扰能力和虚警控制能力,是一种较为理想的CFAR检测方式。 西北工业大学博士学位论文 (3)对分布式CFAR检测技术的相关理论、方法进行简要总结与分析,特 别是利用数值分析与性能仿真方法,对非均匀环境下简单条件检测系统的性能进 行了较为深入和系统的研究,总结了不同融合方式时分布式CFAR检测在抗干扰 与杂波方面的性能特点。 (4)在第三项工作的基础上,首次对复杂条件(传感器数量较多,检测条 件不一值)下分布式OS(FAR检测的系统优化与性能分析问题进行了研究。利 用基本遗传算法及改进的模拟退火遗传算法、小生境遗传算法,对一个典型的3 传感器分布式OScFAR检测系统在不同的检测条件下进行了优化,研究了不同 遗传算法对该问题优化的适应性,并给出了一组不同条件下的检测器准最优参数 结果。然后,对这一典型系统在两种实际工作环境下的检测性能进行了仿真,通 过与优化性能的比较,研究了实际的检测系统在不同融合方式时检测条件变化对 检测性能的影响。结果表明,对于“ k。f N”融合规则,大值越小,系统对环境的 适应能力越强,特别是当k=l,也就是采用“OR”融合时,即使检测条件发生 明显变化,一个固定参数的检测系统仍能获得接近最优的检测性能。 这项工作的意义在于:通过优化,使我们对复杂工作环境下分布式CFAR检 测系统的参数设计方式、原则和规律有了直接的认识:而通过性能仿真,使我们 对接近实际工作环境下分布式CFAR检测系统的性能表现有一个直观的了解。特 别是在不同融合方式时,系统对检测条件变化适应能力上存在的明显差异,为今 后的实际系统设计提供了重要的参考依据。 本文的创新主要体现在第(2)、(4)两项工作上。


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