两种CFAR算法的比较与DSP实现

王丁一 杜力 李硕

摘  要：在不同的参考背景条件下，雷达恒虚警的实际检测性能往往也会有很大的不同。当参考背景单元呈现为瑞利分布时，GO-CFAR有着最好的检测性能。但在多目标同时存在的干扰环境下，GO-CFAR的检测性能会随着干扰点的增加而迅速下降。基于有序统计量的OS-CFAR具有良好的抗干扰能力，因此在有多目标干扰的条件下，选择OS-CFAR可以获得最好的检测性能。该文使用MATLAB分析了两种检测方法的性能，并且用DSP分别进行了工程实现与检测性能对比。

关键词：双边检测比较恒虚警  有序统计恒虚警  检测性能  数字信号处理器

中图分类号：TN95   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（a）-0011-02

在一个雷达系统中，检测往往扮演着重要的角色。现阶段检测的方法有很多种，但每个方法都有着一定的特殊性，因此选择合适的检测算法变得尤为重要。在大多数的情况下，经典的单元平均选大GO-CFAR可以满足检测要求。但在CFAR参考单元中出现多目标干扰与同一目标跨单元分布的情况时，GO-CFAR的检测性能会大大下降。针对这种情况，使用OS-CFAR检测可以获得最佳的检测性能，它具有良好的抗多目标干扰能力[1]。

1  GO-CFAR算法模型

GO-CFAR是一种均值类CFAR检测方法，其在杂波边缘环境中能保持良好的虚警控制性能，但在多目标检测的环境中有可能出现“目标遮蔽”的现象[2]。

GO-CFAR即两边求平均后取大比较，具体操作为如下步骤[3]：

（1）分别对左、右两边边的N个参考单元求和后取平均值，得到C1、C2。

（2）比较C1与C2的大小，取二者的大值C作为比较参数。

（3）用C与门限系数α相乘，得到结果K与检测目标相比较。

（4）若K小于检测目标，则判定为目标，反着则不认为是目标。

2  OS-CFAR算法模型

OS-CFAR属于有序统计类CFAR检测方法，OS类检测方法在多目标环境下拥有较好的分辨能力，能同时完成对多目标的检测，其这一点上比均值类检测方法具有良好的优势[2]。

OS-CFAR具体检测流程如下[3]：

（1）对左、右两边的参考单元进行从大到小的排序。

（2）选出第K个最小值Z，并将其与门限系数α相乘，得到比较值T。

（3）将比较结果T与检测目标进行比较，若其小于目标，判定为目标，反之则不认为是目标。

3  两种算法在不同条件下性能的比较

在不同的环境下，GO-CFAR与OS-CFAR的检测性能有着一定的不同，在两种不同的情形下使用MATLAB对两种检测方法进行了对比，以此明确二者的性能。

情景一：仅有一个目标存在的单目标检测。

当一次检测中仅存在一个目标是，在CFAR算法的虚警率分别为10-6与10-3的情况下，GO-CFAR与OS-CFAR的ROC曲线如图1、图2所示。

通过图1、图2的ROC曲线对比，可以得知：当仅有单目标存在时，为拥有相同的检测性能，OS-CFAR所需的信噪比要比GO-CFAR高。因此在单目标存在的环境下，GO -CFAR的检测性能要略优于OS-CFAR。

情景二：一次检测中存在两个信噪比恒定的目标时。

当一次检测存在两个信噪比不同但是恒定的目标，其中一个是较大的目标，另一个是较小的目标。检查过程中，保护单元为2个、参考单元为10个时，GO-CFAR与OS-CFAR的检测概率与目标间隔距离的关系如图3、图4所示。

通过图中的数据，可以得到如下的结论：

（1）当两个目标之间相距的间隔较近时，OS-CFAR的检测概率要明显高于GO-CFAR的检测概率。这是由于两个目标的信噪比不同，大的信号会使一边的平均值增大，从而導致整体比较值的变大，这就会使得小信噪比的目标被漏掉。但使用OS-CFAR却不会有这种问题产生。

（2）当两个目标之间相距的间隔较远时，OS-CFAR与GO-CFAR的对于相同的两个目标的检测概率基本相同，二者的检测性能基本一致。

4  两种CFAR检测方法在DSP中的实现

此文中使用TMS320C6678这款DSP作为CFAR检测的处理器。芯片内部拥有拥有8个独立的核，是一款运算能力极其强大的数字运算芯片[4]。

（1）GO-CFAR DSP实现的关键点。

为了最大限度地提高计算效率，GO-CFAR的左、右两边比较值C1、C2应由划窗法进行求取。即在第一次计算时，分别计算出左边参考单元的数据总和SUM1，与右边参考单元的数据总和SUM2，在之后的计算中，分别使用SUM1、SUM2减去其最左边的一个参考单元数据，并加上最右边的参考单元数据，以此进行划窗计算处理，从而使得整体计算效率达到最高。

（2）OS-CFAR DSP实现的关键点。

OS-CFAR是一种基于排序的检测方法，在DSP中，如果频繁地进行数据大小比较与排序是十分缓慢的。为了提高计算效率，在工程运用中往往使用简易版的OS-CFAR进行目标检测。其具体流程为：当选定一个检测单元后，分别同左、右两边参考单元中每一个数据进行比较，统计总共有多少个参考单元中的数据小于检测单元数据，当统计的个数大于一个门限值后，则判断当前的检测单元是一个目标，反之则认为其不是一个目标。

5  结语

不同的CFAR检测方法在不同的检测环境下具有不同的检测性能，以此文中的两种检测方法为例，GO-CFAR的多目标抗干扰检测能力较差，其适用于单目标检测，但它的检测时间较短，检测效率较高。OS-CFAR可以避免多目标干扰，检测性能整体也不错，但它的检测耗时却比较长。因此在实际工程应用中，针对不同的环境选择合适的检测方法是十分必要的。

参考文献

[1] 丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].北京：电子工业出版社，2014.

[2] 何友，关键.雷达目标检测与恒虚警处理[M].北京：清华大学出版社，2011.

[3] 张明友，汪学刚.雷达系统[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4] 王俊，张玉玺.DSP/FPGA嵌入式实时处理技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2015.