谈降低船用连续雷达波虚警概率的海杂波抑制手段

王皓

摘 要：为有效解决由海杂波引起船用连续雷达波虚假警概率增大和海杂波抑制算法工程实践应用不易的问题，笔者提出利用双参数删除型CFAR检测算法和统计检测算法的综合二次检测手段，按照相邻帧间目标回波和片状海杂波的相关性特点对帧间杂波进行处理，并通过仿真实验和海上试验来验证检测方法的适用性，最终达到降低船用连续雷达波虚警概率的目的。

关键词：船用连续雷达波 虚警概率 海杂波 抑制手段

中图分类号：TN957 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0024-01

各类船只如果想要探测周围的其他物体像船只、浮标、桥墩或者岛屿之类可以给与驾驶员直接目标距离和方位信息，只要在穿上安装船用连续雷达波即可，掌握这些信息便可以规避大部分危险物，从而降低碰撞事故的发生几率。通过探测潜在目标物的回拨信号进行探测即是船用连续雷达波的应用原理，但是我们所接收到的回波信号往往包含多种杂波，如海杂波等都会影响到对目标物探测信号的提取。也就是说，如果有杂波的话，连续雷达波的虚警信号肯定会增加，或者是虚警概率不变，检测概率降低，抑制船用连续雷达波虚警概率的海杂波是必须的。

1 降低船用连续雷达波虚警概率的海杂波抑制方法

1.1 二次检测算法

海杂波在当前环境的探测算法是以利用距离向CFAR检测算法为主，这样的话就会出现将强度较大的海杂波错认成检测部门的现象。为解决这一难题，笔者专门提出二次检测算法。本算法是利用一个波束内的同一个距离单元且不同方位的目标回波相关性强和片状海杂波相关性弱的特点进行专门设计，应用本算法的船用连续雷达波，其天线的转速为36r/min，方位宽波束宽度为5.2°，信号发射周期为3.3 ms，也就是说每个波束内拥有七个信号周期。

FFT后的数据可通过CFAR检测得到目标信息并进行存储和二元化处理，然后采取“滑窗”的方式对当前所处方位取得的目标信号和其他六个方位所取得目标信息共同组成数组形式，且依照方位向上对模板信息重排，对于相同距离单元上的七个方位向上的目标再行统计与判决，如有相邻方位的相关性，判决可从第四个方位输出目标信息，以此得到的检测结果更加可靠。

根据一个波束内的目标和片状海杂波相关性特点的不同，利用二次检算法即可起到对片状海杂波的抑制效果。CFAR检测算法可首先将海杂波的影响降到最低，如此会取得更好的抑制效果。海杂波环境下的CFAR检测算法普遍采用双参数CFAR检测算法，即便检测方法相较于单参数CFAR检测算法对于海杂波的抑制能力更强，但对于个别目标和虚警的杂波估计值仍然会产生不小的影响。为有效规避这一弊端，笔者又提出了双参数删除型CFAR检测算法。

应用双参数删除型CFAR检测算法可保证幅度判决门的稳定性，在完成对参考单位的均值计算以后，不需要将其均值作为幅度判决的门限，仅作为幅度删除的门限。与此同时，采用高分辨率的雷达在海平面进行低视角观测时，海杂波不呈高斯类瑞利分布，而是呈现对数-正态分布、韦布尔分布、相关K分布等非高斯类分布，也就是说海杂波出现尖峰的概率大大增加了，此时可利用方差对海杂波尖峰位置的门限进行提升，以保证均匀杂波位置的门限可同时依仗均值和方差来保持稳定，虚警概率便不会因环境的变化而发生改变。

1.2 实验结果与分析

（1）虚警概率。因相邻帧间的海杂波相关弱的特点，可以假设相邻帧间的海杂波不存相关性。如果进行单帧处理海杂波引起的虚警概率是Pfa-S，如果进行M帧处理海杂波引起L次（含L次）虚警概率为Pfa-M可以公式（1）表示。

（1）

其中：是虚警次数。

按照公式（1）进行仿真实验，假设 ，海杂波引起的虚警概率仿真实验结果如图1所示。

其中，横坐标是单帧处理的虚警概率，纵向做标是经帧间处理后的虚警概率。由图4可知，经帧间处理后的虚警概率相较于单帧处理的虚警概率明显要低。

（2）海上实验。

应用本文提出的海杂波抑制方法的船用连续波雷达在海上进行实验时，遇到的风浪较大，首先通过雷达的显控面板关闭海杂波抑制功能，打开海杂波抑制功能，因为风浪较大，所以将海杂波等级调节系数在40%～70%之间进行手动调节，同时对雷达图像进行实时观察，发现海杂波等级调节系数在60%时海杂波抑制效果较好，故将海杂波等级调节系数锁定在60%，对应CFAR检测的可变处理窗包括255个参考单元。

2 结语

所以结合上文，本文提出一种根据海杂波成像的形态特征研究出来的可以降低船用连续雷达波虚警概率的海杂波抑制手段。仿真实验的结果表明该方法可以在有效解决由于海杂波造成的虚警概率变化的基础上，随时根据海平面变化调节海杂波等级，来实现抑制不同等级的海杂波的目的。从诸多实践应用的成效来看，本方法便于船用连续雷达的应用，在进行适当改进之后也可在脉冲雷达上进行推广与应用，以此保证船用雷达在复杂海杂波环境下降低虚警概率。

参考文献

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