基于ADSP-TS201的著陸雷達恒虛警電路實現

王浩程，楊春燕，張 豪

（空軍工程大學 信息與導航學院，陜西 西安 710077）

精密進場雷達以飛機作為主要探測目標，地物、云雨雪等都被視為雜波干擾，所以在設計中總是盡可能地采取措施抑制干擾，提高雷達發現目標的能力。為了使設備正常工作，干擾電平允許變化范圍通常比較小。雷達內部的熱噪聲、地物、氣象雜波的干擾電平很大，其變化有時高達幾十分貝。為了設備能穩定正常的工作，必須保持虛警概率基本不變，因此，信號處理分機增加了恒虛警（CFAR）處理電路[1]。

近年來，CFAR方法出現了很多，然而，真正應用的并不多。通過對4種具有代表性方法的比較，得到一種可以實現且檢測性能較好的恒虛警處理方法。

1 恒虛警檢測方法

恒虛警檢測方法就是采用自適應門限代替固定門限，而且此適應門限能隨著被檢測點的背景噪聲、雜波和干擾的大小自適應地調整。如果背景噪聲、雜波和干擾大，自適應門限就調高；如果背景噪聲、雜波和干擾小，自適應門限就調低，以保證虛警概率恒定。所以設計雷達恒虛警檢測器的關鍵是獲取這種自適應門限的方法[2]。

常見的恒虛警檢測器有4種，單元平均恒虛警 （CACFAR）檢測器提供了對非起伏和斯威林起伏目標的最優或準最優檢測，但是，在雜波邊緣要引起虛警率的上升，將導致檢測性能下降，在雜波邊緣的檢測性能會明顯變壞。平均選小恒虛警檢測器（SO-CFAR）是就干擾目標提出的，但也僅在大干擾目標的情況下有效，而當兩個相差不大的大干擾出現在檢測單元兩側時，性能惡化，所以這種方案的局限性很大。平均選大恒虛警檢測器（GO-CFAR）可以明顯消除普通單元平均對數恒虛警電路在雜波過渡區內存在的虛警增加的現象。單目標、均勻雜波背景情況下，GO-CFAR是這幾種方法中最優的[3-4]。

2 恒虛警電路設計

著陸雷達恒虛警電路采用平均選大恒虛警檢測方法。恒虛警檢測器的參考單元N取l6，如圖1所示。

圖1 恒虛警電路圖Fig.1 CFAR circuit diagram

設計思路是：將檢測點的幅度減去噪聲的平均值（由虛警電位器調整），再將相鄰七個距離單元的信號進行相關運算，若超出虛警門限，則作為有用目標信號處理，輸出高電平，打開實時信號選擇支路；若低于虛警門限，則作為虛警信號處理，輸出低電平，關閉實時信號選擇支路，阻止視頻信號輸出。圖中，被測信號單元兩側各空一個單元，使目標信號本身不參與雜波均值的估計，這樣可以避免被測單元對雜波強度估計值的影響。

3 實現電路

ADI公司的ADSP TS201處理器片內集成大容量存儲器，兼有ASIC和FPGA的信號處理性能，能夠支持本次設計的實現，其實現電路組成如圖2所示[5]。

圖2 實現電路Fig.2 Application circuit

其中先出寄存器模塊FIFO 1存貯前8個距離單元的回波數據，而先進先出寄存器模塊FIFO2存貯后8個距離單元的回波數據之和的平均值。輸入數據進入芯片內部，經累加電路（采用加新值，減舊值的方案），前8個距離單元數據之和，在CP4脈沖到來時打入寄存器Rag1中，同時后8個距離單元數據之和的平均值也由FIFO2中取出，并存在寄存器Rag2中，二者經選大后大者存在寄存器Rag5中，同時被測數據也存入寄存器Rag4中，二數據經減法運算，其差送出芯片，再經反對數電路，得到恒虛警輸出。

8個距離單元的數據累加器，在零距離的前8個距離單元時間內要完成初始化過程：加新值減去零，這樣經過8個距離單元，累加寄存器內將保持著前8個距離單元的數據之和，從第9個距離單元開始，才進行“加新減舊”運算，這樣使累加器和寄存器內總是保存當前最新8個距離單元的數據之和。這祥，只有經過l9個距離單元，后8個距離單元數據之和的平均值才有效。故FPGA內部需產生兩個清零信號：FIFO1輸出寄存器清零信號為CLR1，FIFO2輸出寄存器清零信號為CLR2。雷達的航向天線和下滑天線是以1 Hz的頻率交替工作的。當天線轉換時，其存貯器內仍保留著另一個天線掃描時的數據，這些數據需要廢棄，而要存貯掃描后的新數據，且要不斷地更新。當接收到天線轉換的信息時，要產生兩個清零信號：CLRl和CLR2，分別對兩個存貯器清零。

估直流電路是在雷達休止期內，取16個距離單元，電平在恒虛警和非恒虛警兩種工作狀態時，直流電平基本不變。

4 仿真驗證

運用針對ADI公司的DSP器件而專門開發的平臺—Visual DSP++進行編程仿真，驗證所設計的恒虛警電路功能[5]。輸入一組雷達原始數據，對其進行處理，根據輸出的波形驗證此檢測器。輸入信號波形如圖3所示，輸出信號波形如圖4所示。

圖3 輸入信號波形Fig.3 Waveform of input signal

圖4 輸出信號波形Fig.4 Waveform of output signal

由圖3可知，目標信號湮沒在各種噪聲中，必須經過濾波處理才能得到所需信號波形。將雷達信號數據輸入仿真系統，從圖4輸出信號波形上看，波形較為理想，達到了預期目標。

通過仿真驗證，發現輸出信號已經將雜波大部分濾除，所得信號基本與所需目標信號一致，結果比較理想，說明設計比較合理[6]。

5 結束語

文中著重介紹了一種著陸雷達恒虛警處理的實現方法，并在FPGA上進行了電路設計，最后通過仿真進行了驗證，取得了較好的效果。

[1]丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安:西安電子科技大學出版社，2006.

[2]何友.雷達自動檢測與恒虛警處理 [M].清華大學出版社，1999.

[3]都基焱，胡軍，張百順.七種恒虛警率處理方案及性能分析[J].現代雷達，2004，26（4）:47-50.

DU Ji-yan，HU Jun，ZHANG Bai-shun.Performance analysis of seven kinds of CFAR processing methods[J].Modern Radar，2004，26（4）:47-50.

[4]Petrovic M M，Dimitrijevic D D，Kostic A T.Sampling rate influence on detection performance of CFAR algorithms implemented in radar extractor[C].TELSIKS 2001:57-60.

[5]羅勇江，劉書明，肖科.VisualDSP++集成開發環境實用指南[M].北京:電子工業出版社，2008.

[6]劉書明，羅勇江.ADSPTS20XS系列DSP原理與應用設計[M].北京:電子工業出版社，2007.