基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法。该方法首先根据不同量程下导航雷达发射波形的特点，结合海杂波的多普勒特性选择不同的恒虚警处理方式。由于近量程零速通道存在大量的低速杂波，采用杂波图恒虚警检测；近量程非零速通道和远量程的杂波功率较低，采用单元平均恒虚警检测。在不同的海况下，回波信杂比不一致，使用下发参数的方法将信号功率加权，起到放大弱目标，压制强杂波的目的。辅以目标提取算法解决因目标展宽带来的精度降低和数据拼接带来的虚假目标问题。在杂波图更新的过程中，考虑船体运动对杂波图更新的影响，对杂波图的方位和距离进行补偿。

CFAR detection method for Shipborne Radar Based on FPGA

The invention discloses a shipborne radar CFAR detection method based on FPGA. Firstly, different CFAR processing modes are selected according to the characteristics of radar waveforms in different ranges and the Doppler characteristics of sea clutter. Because there are a lot of low-speed clutter in the near-range zero-speed channel, the clutter map CFAR detection is used; the clutter power in the near-range non-zero-speed channel and the far-range is low, so the unit average CFAR detection is used. Under different sea conditions, the echo signal-to-clutter ratio is inconsistent. The signal power is weighted by downward transmission parameters, which can amplify the weak target and suppress the strong clutter. The target extraction algorithm is used to solve the problem of false targets caused by the precision reduction of target spread and data mosaic. In the process of clutter map updating, the influence of ship motion on clutter map updating is considered, and the azimuth and distance of clutter map are compensated.

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法
本专利技术属于雷达信号处理，特别是一种基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法。
技术介绍
恒虚警检测包括接收机噪声中的CFAR检测和杂波背景中的CFAR检测。一般的CFAR有基于杂波图的CFAR算法、基于单元平均的CFAR以及基于噪声检测的CFAR三种算法。杂波图技术是一种将背景杂波实时存储下来，在不同的扫描周期对杂波功率进行实时更新来确定检测门限的恒虚警技术，其核心是杂波平均功率估计。通常情况下，在多个相邻脉冲之间，海浪杂波相关性较强，故直接采用脉间积累的处理方法效果欠佳。对舰载雷达而言，天线不同次扫描之间时间间隔较长(以秒级计)，两个相邻扫描周期之间同一个杂波单元的相关性较弱。杂波图恒虚警技术使用圈间积累，能够有效抑制背景杂波，保证虚警率恒定，是一种时域恒虚警检测方法。1.西安电子工程研究所.一种雷达杂波检测门限自适应设置方法：中国CN106646396A.2017-05-10。一种雷达杂波检测门限自适应设置方法，提出了一种根据杂波点迹密度自适应调整恒虚警门限的方法。该方法使用点迹密度来调整恒虚警门限来抑制强杂波，能够通过改变恒虚警门限来控制虚警率，缺点单纯通过改变门限来压制杂波，未能根据杂波环境有效放大小目标、压制强杂波幅度。2.西安电子工程研究所.一种基于DDR3-SDRAM的五维动态立体杂波图实现方法：中国CN104535980A.2015-04-22。一种基于DDR3-SDRAM的五维动态立体杂波图实现方法，该方法通过对DDR3的读写控制，建立五维动态立体杂波图，添加了PRF模式和全多普勒通道的杂波进行了划分，使杂波图存储量翻倍。缺点是未提及到杂波图圈间更新方法，无法精确更新杂波单元。随着舰船的移动，杂波单元的方位和距离会随着船体的移动发生改变，导致之前积累圈数的位置参数无法与当前扫描圈数上位置参数相对应，其中以近区方位的误差尤甚。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA的可实现舰载雷达的恒虚警检测方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于FPGA的可实现舰载雷达的恒虚警检测方法，步骤如下：步骤1、舰载导航雷达发射波形信号；步骤2、对步骤1波形信号的回波信号进行脉冲压缩，对每个相参处理间隔内的数据按照慢时间维重排，然后分别进入零速滤波器与非零速滤波器进行滤波；步骤3、对经过零速滤波器和非零速滤波器后的信号进行求模运算，求模运算后的数据分为三部分，分别是远量程信号、近量程非零通道信号、近量程零通道信号，对求模运算后的三部分数据进行加权；步骤4、对加权后的远量程信号、近量程非零通道信号进行单元平均恒虚警检测；对加权后的近量程零通道信号进行杂波图检测更新；步骤5、对经过杂波图检测后的近量程零通道信号以及经过单元平均恒虚警检测的远量程信号、近量程非零通道信号进行点迹凝聚，其中，远量程信号与近量程信号的数据拼接处取消点迹凝聚，得到合并后的目标。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)在杂波图更新的过程中，考虑到船体的移动带来杂波单元距离和方位的圈间不匹配，提出了杂波图更新时距离号和方位号的拟合算法，在芯片性能的约束下最大限度降低距离和方位误差。(2)通过“显控下发加权值的方法”根据杂波功率控制信号增益与衰减，实现信号强度自适应增强、衰减。(3)结合波形特性，对点迹凝聚功能进行调整，提高距离与速度检测精度。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是舰载导航雷达发射波形设计时域图。图2是数据重排结构。图3是脉冲压缩后的信号进行恒虚警检测的信号流程图。图4是滤波后的距离-多普勒二维信号区域分块图。图5是“下发参数加权法”工作模式详解。图6是圈间积累杂波单元位置信息更新示意图。图7是距离拟合公式误差分析结果示意图。图8是距离维目标合并示意图。图9为仿真下的时频结果二维图。具体实施方式一种基于FPGA的可实现舰载雷达的恒虚警检测方法，具体步骤为：步骤1、舰载导航雷达发射波形信号。进一步的实施例中，发射的波形为近量程简单脉冲波形(用以补盲)，远量程调制信号波形(用以探测)，近量程与远量程的分界线范围为[R]-0.5km～[R]km，其中[.]为向下取整运算，R表示理论波形威力覆盖范围。。R的值根据雷达方程得到：式中，Pt为发射峰值功率、Gt为发射天线增益、Gr为接收天线增益、λ为工作波长，Prmin为天线接收到的信号功率，σ为目标的等效雷达散射截面积。结合图1所示，在其他实施例中，以3km为远近量程的分界线，远量程的最远覆盖距离根据雷达方程计算得到。近量程简单脉冲的脉冲宽度设计为tsshort，简单脉冲的脉冲重复周期设为prtshort，其中为盲区长度，该距离以内不能被雷达观测到；远量程调制脉冲的脉冲宽度设为tslong，调制脉冲的脉冲重复周期为prtlong。prtshort长的信号中截取前tslong个长度的数据用来近距离补盲，prtlong中截取tslong～prtlong的数据用来远距离探测。步骤2、对步骤1波形信号的回波信号进行脉冲压缩，对每个相参处理间隔内的数据按照慢时间重排，然后分别进入零速滤波器与非零速滤波器进行滤波；其中，数据重排结构如图2所示。进一步的实施例中，若天线波束宽度为θ，雷达的脉冲重复频率记为prf，天线方位扫描角度为ωα，目标仰角为θe，天线扫过目标能够积累的脉冲数N即为一个CPI(相参处理间隔)内积累的脉冲数量。重排后的数据分别进入零速滤波器与非零速滤波器进行滤波。具体为：每个距离门上的N个数据进行阶滤波，其中[·]为向下取整运算，其中阶滤波器包括1个零速滤波器和个非零速滤波器，N为一个相参处理间隔内积累的脉冲数量。步骤3、对经过零速滤波器和非零速滤波器的信号进行求模运算，结合图4所示，求模运算后的数据分为三部分，分别是远量程信号、近量程非零通道信号、近量程零通道信号，对求模运算后的三部分数据进行加权。远量程信号、近量程非零通道信号、近量程零通道数据的位置、多普勒通道号不一致，导致杂波大小不一致。近量程杂波功率偏高、远量程小目标不易被发现。故需要对这三部分数据根据整体信号幅度进行加权，起到放大远距离弱目标和压制近距离强杂波的目的。进一步的实施例中，对求模运算后的远量程信号、近量程非零通道信号、近量程零通道数据加权的具体方法：对滤波后三部分的信号分别求取功率均值，将功率均值分别与设定的阈值比较，对功率均值大于阈值的那部分信号通过调低显控下发的加权值来缩小求模后的数据，对功率均值小于阈值的那部分信号通过调高显控下发的加权值来放大求模后的数据。进一步的实施例中，结合图5所示，通过调低显控下发的Zbit的加权值来放大/缩小求模后的数据，具体为：由显控下发一个Zbit的数据与求模后的N位数据送入乘法器做乘法运算，截取乘法器输出结果的M～N+M-1位，Z为整数，M为整数固定值且0≤M≤Z。就相当于显控下发的Zbit中的数据高Z-M位对信号起放大作用，低M位对信号起缩小作用。例如，通过显控下发的数据为16bit，则16bit数据值为184，M＝4，就相当于给信号乘11.5。步骤4、结合图3所示，对加权后的远量程信号、近量程非零通道信号进行单元平均恒虚警检测；对加权后的近量程零通道数据进行杂波图检测更新。雷达工作时，将其周围环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1、舰载导航雷达发射波形信号；步骤2、对步骤1波形信号的回波信号进行脉冲压缩，对每个相参处理间隔内的数据按照慢时间维重排，然后分别进入零速滤波器与非零速滤波器进行滤波；步骤3、对经过零速滤波器和非零速滤波器后的信号进行求模运算，求模运算后的数据分为三部分，分别是远量程信号、近量程非零通道信号、近量程零通道信号，对求模运算后的三部分数据进行加权；步骤4、对加权后的远量程信号、近量程非零通道信号进行单元平均恒虚警检测；对加权后的近量程零通道信号进行杂波图检测更新；步骤5、对经过杂波图检测后的近量程零通道信号以及经过单元平均恒虚警检测杂远量程信号、近量程非零通道信号进行点迹凝聚，其中，远量程信号与近量程信号的数据拼接处取消点迹凝聚，得到合并后的目标。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1、舰载导航雷达发射波形信号；步骤2、对步骤1波形信号的回波信号进行脉冲压缩，对每个相参处理间隔内的数据按照慢时间维重排，然后分别进入零速滤波器与非零速滤波器进行滤波；步骤3、对经过零速滤波器和非零速滤波器后的信号进行求模运算，求模运算后的数据分为三部分，分别是远量程信号、近量程非零通道信号、近量程零通道信号，对求模运算后的三部分数据进行加权；步骤4、对加权后的远量程信号、近量程非零通道信号进行单元平均恒虚警检测；对加权后的近量程零通道信号进行杂波图检测更新；步骤5、对经过杂波图检测后的近量程零通道信号以及经过单元平均恒虚警检测杂远量程信号、近量程非零通道信号进行点迹凝聚，其中，远量程信号与近量程信号的数据拼接处取消点迹凝聚，得到合并后的目标。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法，其特征在于，步骤1中发射的波形为近量程简单脉冲波形，远量程调制信号波形，近量程与远量程的分界线范围为[R]-0.5km～[R]km，其中[.]为向下取整运算，R表示理论波形威力覆盖范围。3.根据权利要求1所述的基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法，其特征在于，步骤2中重排后的数据分别进入零速滤波器与非零速滤波器进行滤波，具体为：每个距离门上的N个数据进行阶滤波，其中[·]为向下取整运算，其中阶滤波器包括1个零速滤波器和个非零速滤波器，N为一个相参处理间隔内积累的脉冲数量。4.根据权利要求3所述的基于FPGA的舰载雷达恒虚警检测方法，其特征在于，每个相参处理间隔内积累的脉冲数量的计算公式为：式中，θ为天线波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，丁施健，丁睿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32