談降低船用連續雷達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雷達波虛假警概率增大和海雜波抑制算法工程實踐應用不易的問題，筆者提出利用雙參數刪除型CFAR檢測算法和統計檢測算法的綜合二次檢測手段，按照相鄰幀間目標回波和片狀海雜波的相關性特點對幀間雜波進行處理，并通過仿真實驗和海上試驗來驗證檢測方法的適用性，最終達到降低船用連續雷達波虛警概率的目的。

關鍵詞：船用連續雷達波 虛警概率 海雜波 抑制手段

中圖分類號：TN957 文獻標識碼：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、橋墩或者島嶼之類可以給與駕駛員直接目標距離和方位信息，只要在穿上安裝船用連續雷達波即可，掌握這些信息便可以規避大部分危險物，從而降低碰撞事故的發生幾率。通過探測潛在目標物的回撥信號進行探測即是船用連續雷達波的應用原理，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物探測信號的提取。也就是說，如果有雜波的話，連續雷達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，抑制船用連續雷達波虛警概率的海雜波是必須的。

1 降低船用連續雷達波虛警概率的海雜波抑制方法

1.1 二次檢測算法

海雜波在當前環境的探測算法是以利用距離向CFAR檢測算法為主，這樣的話就會出現將強度較大的海雜波錯認成檢測部門的現象。為解決這一難題，筆者專門提出二次檢測算法。本算法是利用一個波束內的同一個距離單元且不同方位的目標回波相關性強和片狀海雜波相關性弱的特點進行專門設計，應用本算法的船用連續雷達波，其天線的轉速為36r/min，方位寬波束寬度為5.2°，信號發射周期為3.3 ms，也就是說每個波束內擁有七個信號周期。

FFT后的數據可通過CFAR檢測得到目標信息并進行存儲和二元化處理，然后采取“滑窗”的方式對當前所處方位取得的目標信號和其他六個方位所取得目標信息共同組成數組形式，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方位向上的目標再行統計與判決，如有相鄰方位的相關性，判決可從第四個方位輸出目標信息，以此得到的檢測結果更加可靠。

根據一個波束內的目標和片狀海雜波相關性特點的不同，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。海雜波環境下的CFAR檢測算法普遍采用雙參數CFAR檢測算法，即便檢測方法相較于單參數CFAR檢測算法對于海雜波的抑制能力更強，但對于個別目標和虛警的雜波估計值仍然會產生不小的影響。為有效規避這一弊端，筆者又提出了雙參數刪除型CFAR檢測算法。

應用雙參數刪除型CFAR檢測算法可保證幅度判決門的穩定性，在完成對參考單位的均值計算以后，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，采用高分辨率的雷達在海平面進行低視角觀測時，海雜波不呈高斯類瑞利分布，而是呈現對數-正態分布、韋布爾分布、相關K分布等非高斯類分布，也就是說海雜波出現尖峰的概率大大增加了，此時可利用方差對海雜波尖峰位置的門限進行提升，以保證均勻雜波位置的門限可同時依仗均值和方差來保持穩定，虛警概率便不會因環境的變化而發生改變。

1.2 實驗結果與分析

（1）虛警概率。因相鄰幀間的海雜波相關弱的特點，可以假設相鄰幀間的海雜波不存相關性。如果進行單幀處理海雜波引起的虛警概率是Pfa-S，如果進行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。

按照公式（1）進行仿真實驗，假設 ，海雜波引起的虛警概率仿真實驗結果如圖1所示。

其中，橫坐標是單幀處理的虛警概率，縱向做標是經幀間處理后的虛警概率。由圖4可知，經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）海上實驗。

應用本文提出的海雜波抑制方法的船用連續波雷達在海上進行實驗時，遇到的風浪較大，首先通過雷達的顯控面板關閉海雜波抑制功能，打開海雜波抑制功能，因為風浪較大，所以將海雜波等級調節系數在40%～70%之間進行手動調節，同時對雷達圖像進行實時觀察，發現海雜波等級調節系數在60%時海雜波抑制效果較好，故將海雜波等級調節系數鎖定在60%，對應CFAR檢測的可變處理窗包括255個參考單元。

2 結語

所以結合上文，本文提出一種根據海雜波成像的形態特征研究出來的可以降低船用連續雷達波虛警概率的海雜波抑制手段。仿真實驗的結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上，隨時根據海平面變化調節海雜波等級，來實現抑制不同等級的海雜波的目的。從諸多實踐應用的成效來看，本方法便于船用連續雷達的應用，在進行適當改進之后也可在脈沖雷達上進行推廣與應用，以此保證船用雷達在復雜海雜波環境下降低虛警概率。

參考文獻

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