南京理工大学毕业设计
开题报告
- 本课题研究的背景和意义
雷达的含义是无线电探测与测距，其工作原理是通过向探测区域发射无线电，然后通过处理物体反射回来的电磁波来检测目标，得到目标特性。在军事应用中常见的雷达探测目标是敌方的飞机、坦克、舰船、地面车辆、导弹等，但是实际工作中雷达接收到的回波并非只是上述目标信号。在接收的回波信号中，不仅有目标回波，也有噪声[1](天地噪声、接收机内的热噪声);不同的杂波信号(如海杂波、地杂波和气象杂波);各样干扰信号(如工业、广播电磁和人为干扰);以及感兴趣目标附近的杂波干扰及通过脉压后的旁瓣对目标信号的影响等。在处理雷达回波信息时，由于这些杂波的影响，导致目标信息被杂波掩盖，一个典型的情况就是地杂波的强度有时会远远超过有用目标的强度，如果不采取抗杂波处理是难以检测出该目标的。因为雷达几乎总是工作在一定的杂波环境[2]中，所以现代雷达信号处理的一个关键就是如何解决信号和杂波的矛盾(如何在保证信号增益的前提下最大地抑制杂波干扰)，由此可见通过设计合理杂波图算法来提高雷达对目标的检测性能的重要性。
杂波图是现代雷达的重要检测依据，也是雷达实现自适应处理的一个重要因素。杂波图检测作为恒虚警率处理CFAR[3]的重要方法，是信号处理机的重要组成部分。杂波图是一种时域处理方法，它的基本思想就是记录雷达工作环境的杂波信息，并把这些信息提供给动目标检测用，以获得良好的检测性能。杂波图按应用主要分为轮廓杂波图、速度杂波图、幅度杂波图等[4]，按刷新方式又分为动杂波图和静杂波图。轮廓杂波图只是反映某个单元区杂波有无的信息，若无则选择正常支路输出到雷达视频，若有则选择检测支路输出到雷达视频。速度杂波图，主要记录某单元的杂波速度信息，典型的是应用在自适应MTI滤波[5]中。幅度杂波图记录的是杂波强度或者说杂波功率，主要应用于杂波图恒虚警检测，如低径向速度目标的检测。近几年来主要体现在实际环境工程应用当中如何去具体实现及验证，要想获得高性能的杂波图，还要针对不同的实际环境采用相应的杂波图算法来具体解决，尤其是对于杂波图的背景估计算法和动态更新这两方面的研究。
- 国内外发展状况
这些年来，雷达技术发展迅猛，恒虚警检测技术是当前雷达信号处理的重要组成部分，是由Finn与Johnson[6]在1968年最早提出的。最初的恒虚警检测算法是通过检测单元左右相邻的几个距离单元来估算平均功率电平，之后把这个平均功率电平作为依据获得最后的检测门限。对概率密度函数符合瑞利或指数分布的杂波来说，能够完成恒虚警检测，因为虚警概率与平均功率大小无关。但是，在非均匀尖峰杂波的背景下，此法就不再适用。接着很多学者对最初的单元平均的CFAR处理算法提出了许多改进。这些改进主要包括两类，一类为参量型恒虚警检测方法，其主要包含单元选小恒虚警，单元选大恒虚警、有序统计量恒虚警等，通过对杂波边缘造成的不稳定性进行补偿，以获取更好的检测性能[7];另一类为非参量型恒虚警检测方法，这种方法对杂波密度函数的先验知识要求有一定程度的降低。
但是，参量型恒虚警检测方法不能够解决独立尖峰问题，非参量恒虚警检测方法的有很大的检测损失[8]。因此，杂波图CFAR检测方法就由此产生了，这种新的方法，既能够有效地探测到目标信号，又能够维持虚警率稳定。1986年，DR.Nitzberg[9]等人首次提出这个方法并对之进行了相应的研究分析，现在常称之为Nitzberg杂波图方法，这一处理方法利用了雷达杂波在时域背景下的平稳性，在时间上对之前若干次扫描的回波测量值迭代更新，估计杂波强度并对之设置阈值。因此，这种方法可以避免杂波在空域上的不稳定性，从而拥有更强的适应性。Nitzberg杂波图处理过程用的是一个雷达分辨单元的回波信号来进行处理，故也称之为杂波图点技术。为提高杂波图点技术的检测效果以及目标低速运动造成的“自遮蔽”现象，
1996年，Lops[10]提出了一种改进的处理方法，混合杂波图技术，即把空域和时域处理相结合，一个杂波检测单元将由几个雷达分辨单元构成，每次杂波单元的输入是把杂波单元内的回波样本通过L滤波器进行空域操作后的结果;然后把每个杂波单元的输入对以往各次扫描积累的结果进行迭代处理，获得杂波图对检测目标位置处杂波强度的估计来验证目标是否存在，这种处理能够将混杂到杂波图单元内的干扰目标除掉，有效地克服了慢速目标的”自遮蔽”现象与多干扰目标现象。
在上述的杂波图处理中研究中考虑的是高斯杂波背景，然而高分辨率的雷达在实际环境中检测杂波可能更接近对数正态分布或韦布尔分布。在均匀的地面环境中如若存在孤立目标，如高大的建筑物，此时的杂波包络与莱斯分布更符合。Conte[11]等人探讨了Nitzberg杂波图点技术在韦布尔杂波环境中的检测性能，研究指出Nitzberg杂波图方法在拖尾比较长的非高斯杂波中，它的目标检测性能会变差。针对雷达环境为非高斯、非平稳的杂波背景，2003年，林彦[12]等提出并阐明了一种双模式双参数的杂波图检测算法，它先假设雷达杂波经由非相参积累处理后类似高斯分布，然后估量杂波均值和方差来设置检测门限。2013年，吴静[13]等人根据雷达在机场跑道异物检测这个实际背景下，利用双参数杂波图恒虚警检测分析了在给定参数的情况下的检测效果。2014年，针对地面的慢速运动目标，温博[14]等人提出一种采用零频抑制的杂波图检测技术，利用Kalmus滤波器增强零频抑制能力与空间邻域插值技术实现目标位置处的杂波背景积累，克服了慢速移动目标检测不连续的问题，其检测性能取到了明显的提高。2015年，安文[15]等为提高杂波图技术在非高斯背景中的目标检测性能，基于非相干积累原理提出了一个新的杂波图检测算法，并使用数学分析和重要采样技术研究及仿真了其在韦布尔分布杂波背景中的检测性能，得出其适用于尖锐的杂波环境中，且工程上便于实现。
[1] Merrill I. Skolnik著.雷达系统导论(第三版).左群声，许国良，马林等译.电子工业出版社，2006.
[2] 丁鹭飞，耿富录.雷达原理.第三版.西安电子科技大学出版社，2001.
[3] 何友，关键，孟祥伟等.雷达自动检测和CFAR处理方法综述[J].系统工程与电子技术，2001,23(1):9-14.
