一种未知杂波背景下的CFAR检测门限获取方法技术

该发明专利技术一种未知杂波背景下的CFAR检测门限获取方法，属于雷达弱目标检测技术领域，它特别涉及了非参数估计和低信噪比下恒虚警检测技术领域。该方法基于参考单元数据，利用核密度估计方法实时准确的估计杂波背景的概率密度函数，进而根据概率密度函数与上分位点之间的关系确定初步的检测门限，最后利用门限修正因子对初步门限做一个修正，保证检测器维持设定虚警概率。从而具有通用性强、结构简单、与背景无关、在小数据量下获得较高的检测性能并保持恒虚警特性的检测门限获取方法，改善CFAR检测性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】该专利技术一种未知杂波背景下的CFAR检测门限获取方法，属于雷达弱目标检测
，它特别涉及了非参数估计和低信噪比下恒虚警检测
。该方法基于参考单元数据，利用核密度估计方法实时准确的估计杂波背景的概率密度函数，进而根据概率密度函数与上分位点之间的关系确定初步的检测门限，最后利用门限修正因子对初步门限做一个修正，保证检测器维持设定虚警概率。从而具有通用性强、结构简单、与背景无关、在小数据量下获得较高的检测性能并保持恒虚警特性的检测门限获取方法，改善CFAR检测性能。【专利说明】-种未知杂波背景下的CFAR检测口限获取方法
本专利技术属于雷达弱目标检测
，它特别涉及了非参数估计和低信噪比下恒 虚警检测
。
技术介绍
恒虚警检测是雷达目标检测中抑制由杂波引起的虚警的一种重要措施，随着雷达 探测威力的提升，探测环境的日益复杂化（时变空变性），杂波的统计特性越来越复杂，杂 波分布特性与雷达入射角、极化方式、地形分布、人造建筑、预处理方式（相参积累、幅度检 波等）等条件密切相关。上述任何一个条件发生变化，杂波的统计特性都有可能随之改变， 导致假设的杂波分布模型与实际杂波分布模型失配或者难W得到杂波的统计分布特性，此 时，由先验信息假设背景杂波的统计模型，进行参数估计得到检测口限的传统参量CFAR检 测方法将会导致严重的性能损失；实际虚警概率偏离期望值，检测概率下降。 针对上述问题，Nitzberg R和Farina F讨论了广义复合杂波分布模型，其分布 函数一般是积分形式或无穷级数形式，只有在特殊参数取值下才有解析表达式。Roy采 用Al地a-St油Ie分布，但是其概率密度函数不存在解析表达式，仅能由特征函数来表达。 Varshney介绍了符号检测器和Wilcoxon检测器两种非参量检测器。它们都能够在未知杂 波分布模型下实现雷达目标的有效检测，但是在单次扫描条件下的虚警概率很高，需要进 行多次扫描积累来降低虚警概率，该在一定程度上限制了该类CFAR检测器的应用。国防 科技大学的陈建军提出了利用参考窗内的数据拟合出背景杂波数据右截尾概率与上分位 点之间的函数关系，从而得到检测口限的方法。但是该种拟合方法需要大量的数据作支撑， 在小数据量下检测性能较差。国防科技大学的李军利用分数阶矩估计方法去获得杂波的最 大赌概率密度函数估计，进而确定检测口限，实现CFAR检测。所W针对未知背景下的雷达 目标检测问题，获取一个与背景无关的最优检测口限，提升恒虚警检测能力具有重要的理 论价值和实际意义。
技术实现思路
： 本专利技术的目的是针对未知杂波统计特性下雷达目标检测存在的缺陷，研究设计一 种通用性强、结构简单、与背景无关、在小数据量下获得较高的检测性能并保持恒虚警特性 的检测口限获取方法，改善CFAR检测性能。 本专利技术基于核密度估计的CFAR检测口限获取方法，该方法基于参考单元数据，利 用核密度估计方法实时准确的估计杂波背景的概率密度函数，进而根据概率密度函数与上 分位点之间的关系确定初步的检测口限，最后利用口限修正因子对初步口限做一个修正， 保证检测器维持设定虚警概率。因而本专利技术一种未知杂波背景下的CFAR检测口限获取方 法，该方法包括： 步骤1、初始化系统参数包括：参考窗长N，虚警概率Pw概率密度函数的随机变量 X，带宽的取值范围r; 步骤2、从单脉冲雷达接收机中读取第n峽数据，Z(n) = {z"(m)}，l<m<Nf，其中Nf 为总的距离单元数，m为距离单元的量测状态，z"(m)表示第n峽回波数据的量测单元m中 的量测值； 步骤3、设定参考窗长度为N，将待检测单元左、右两侧各N/2个分辨单元作为参考 单元，计算对核函数加权的带宽h ; A=argminiC(目），其中 Xi 和 Xj 来自 Z(n)，是待检测单元两侧的参考单元数据，!(（?）为标准正态分布的概率密度函数，r(x)= K'(x)-2K(x)； 步骤4、利用参考窗中各单元数据估计待检测单元的概率密度函数/oo和分布函 数卽0, /W=〇/w)S:,(i/*K((J-'r,)A)，片(J)=WWI二*((.v-义<')/*)，其中，O 为标准正态分布的分布函数； 步骤5、求取初步检测口限T，T = F Iy-户,")，F 1(.)表示F(.)的反函数; 步骤6、为了保持检测器处于设定的虚警概率，在给定虚警概率Pfa下采用蒙特卡 洛方法求取口限修正因子K ; [001引步骤7、计算精确检测口限Texaet = K . T ; 步骤8、待检单元的幅值Xtut与检测口限比较，如果义。^〉1?。。1，则表明本单元有目标 存在，在雷达显示屏上显示点迹，否则本单元没有目标存在，不显示点迹。 所述步骤3中参考窗长度N的取值为24或32。 [001引所述步骤6中在设定虚警概率Pf。下，设定口限因子的变化范围为K。= 1:0. 1:20,通过1000/Pfa次matl油仿真，在K。的范围内找出使实际虚警概率P' f。等于设 定虚警概率Pfa的合适的口限修正因子值K。 本专利技术一种未知杂波背景下的CFAR检测口限获取方法，在未知环境下，能够利用 核密度估计准确地估计出杂波的真实统计分布特性，从而具有通用性强、结构简单、与背景 无关、在小数据量下获得较高的检测性能并保持恒虚警特性的效果。 【专利附图】【附图说明】： [001引图1为本专利技术流程图。 图2为weibull分布背景下概率密度函数估计与真实概率密度函数的对比及它们 之间的绝对误差示意图； 其中（a)为不同weibull形状参数分布下真实概率密度函数与估计所得概率密度 函数的对比，化）估计概率密度函数的绝对误差示意图。 图3为weibull分布背景下虚警概率的变化曲线示意图； 其中（a)为不同检测口限下，K-CFAR下虚警概率和weibull下最优CFAR检测 (WLH-CFAR)器虚警概率随尺度参数的变化曲线示意图。 [002引 化）为不同检测口限下，K-CFAR下虚警概率和weibull下最优CFAR检测器虚警概 率随形状参数的变化曲线示意图。 图4为在weibull杂波背景情况下执行本专利技术的检测算法与多种传统CFAR算法 的检测性能比较图。 【具体实施方式】： 本专利技术主要通过计算机仿真产生一组独立同分布但杂波分布类型未知的数据，假 设该些数据由服从Weibull分布的复数剧组成，但是我们对其分布特性没有任何先验信 息。通过与几种传统CFAR检测算法作比较，来验证本专利技术方法的有效性。所有步骤、结论 都在MTLAB-R201化上验证确认。具体实施步骤如下： 步骤1、初始化系统参数。 初始化系统参数包括：参考窗长N = 24,虚警概率Pfa = l(r3,待估计概率密度函 数的随机变量X = 0:0. 1:10,带宽的取值范围r = 0:0. Ol: 10。 步骤2、从单脉冲雷达接收机中读取第n峽数据。 [002引 Z(n) = {z。(m)}，l<m<Nt，其中Nt为总的距离单元数，m为距离单元的量测状态， z"本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种未知杂波背景下的CFAR检测门限获取方法，该方法包括：步骤1、初始化系统参数包括：参考窗长N，虚警概率Pfa，概率密度函数的随机变量x，带宽的取值范围r；步骤2、从单脉冲雷达接收机中读取第n帧数据，Z(n)＝{zn(m)},1<m<Nr，其中Nr为总的距离单元数，m为距离单元的量测状态，zn(m)表示第n帧回波数据的量测单元m中的量测值；步骤3、设定参考窗长度为N，将待检测单元左、右两侧各N/2个分辨单元作为参考单元，计算对核函数加权的带宽h；h=argminr[1/(rN2)]Σi=1NΣj=1NK*((Xi-Xj)/r)+[2/(rN)]K(0),]]>其中Xi和Xj来自Z(n)，是待检测单元两侧的参考单元数据，K(·)为标准正态分布的概率密度函数，K*(x)＝K2(x)‑2K(x)；步骤4、利用参考窗中各单元数据估计待检测单元的概率密度函数和分布函数f^(x)=(1/N)Σi=1N(1/h)K((x-Xi)/h),F^(x)=(1/N)Σi=1NΦ((x-Xi)/h),]]>其中，Φ为标准正态分布的分布函数；步骤5、求取初步检测门限T，表示的反函数；步骤6、为了保持检测器处于设定的虚警概率，在给定虚警概率Pfa下采用蒙特卡洛方法求取门限修正因子κ；步骤7、计算精确检测门限Texact＝κ·T；步骤8、待检单元的幅值xcut与检测门限比较，如果xcut>Texact，则表明本单元有目标存在，在雷达显示屏上显示点迹，否则本单元没有目标存在，不显示点迹。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易伟，郝凯利，吴健，于立岩，崔国龙，孔令讲，杨晓波，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51