基于DSP的雷达恒虚警检测技术研究(3)
1.1 课题的研究背景及意义
雷达是英文Radar的音译，源于Radio Detection and Ranging的缩写，原意是“无线电探测与测距”，急用无线电犯法发现目标并测定它们在空间的位置。因此雷达也称为“无线电定位”。随着雷达技术的发展，雷达的任务不仅是测量目标的距离，方位和仰角，而且还包括测量目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。 。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。雷达的基本概念相对简单，但在许多场合下它的实现并不容易。它以辐射电磁能量并检测反射体（目标）反射的回波的方式工作。雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
二次世界大战后，特别是近二十年来雷达技术有了迅速的发展，它己广泛用于预警，搜索，警戒，侦察，防空，指挥，控制，火控等系统。这些技术成果同时也在民用雷达方面发挥日益增长的作用。鉴于雷达在军事和民用中所起的重要作用，各国纷纷投入大量的人力物力，借助现代电子科技的不断进步来发展自己的雷达技术，使雷达技术和理论得到迅猛发展 。这些技术成果同时也在民用雷达方面发挥日益增长的作用。雷达信号处理主要围绕对目标信号的变换，检测，跟踪(坐标测定)，识别以及威胁判断等问题而进行的。而目标周围通常存在着各种干扰背景，这些干扰包括接收机内部热噪声，地物，雨雪，海浪等杂波干扰和电子对抗措施(ECM)，人工有源和无源干扰以及与有用目标混杂在一起的邻近干扰目标和它的旁瓣。
最简单地说，从本质上，雷达信号的检测问题就是对某一坐标位置上目标信号“有”或“无”的判断问题。早期的雷达系统是把所有得到的视频信息直接送到显示器，将杂波和噪声以及目标回波的幅度变化同时显示出来，对目标的检测能力由观察PPI显示器的操纵员监视决定。现代雷达系统已经能够完成自动检测和跟踪。在不考虑人的干预的情况下，把统计决策理论应用到目标检测问题中便形成了雷达自动检测理论。在雷达自动检测系统中需要提供一个检测阈值，再根据判决准则做出目标是否存在的判决。在非平稳杂波中，对于固定阈值检测，如果杂波平均功率水平增加几分贝，虚警概率将急剧增加，以至于显示器画面饱和或数据处理设备过载。这时即使信噪比很大，也不能做出正确的判决。因此在强干扰中提取信号，不仅要求有一定的信噪比，而且要求检测器具有恒虚警性能。
因此，雷达自动检测中的恒虚警问题是每个雷达系统研究和设计人员不可回避的重要问题之一。CFAR检测逐渐已成为现代雷达的一项标准技术。如今CFAR处理技术的理论研究已取得丰硕成果，而更重要的是将CFAR研究的理论成果有效的应用到实践领域。随着微电子技术的迅猛发展，大规模、大容量、高速度元器件的出现，尤其是高性能数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)的出现为雷达信号处理算法的实现奠定了基础。现已广泛应用于图像处理技术，语声处理，智能化仪表，生物医学与工程，通信，自动控制系统等许多新技术领域。所以如何在高性能DSP上高效的实现雷达信号处理算法成为雷达监测方面着重研究的课题。本文首先讨论了杂波背景下雷达信号恒虚警率处理的原理，然后介绍了几种经典雷达CFAR检测器，并着重阐述了基于高性能数字信号处理器TMS320C6416实现杂波背景中一文CA—CFAR处理的方法和实际测试结果。