雷达CFAR检测

3. CFAR检测器的实现 韦布尔分布杂波下的CFAR检测器 韦布尔分布杂波下的CFAR检测器与对数正态分布 下的CFAR检测器结构相同。通过取对数、去均值、 标准方差归一化处理后，将所得的值与门限进行
比较。
参考文献：吴顺君，雷达信号处理和数据处理技术，电子工业出版社
3. CFAR检测器的实现 选小CFAR检测器 当参考距离单元内存在一个强干扰目标时，CACFAR检测门限会提高，导致信号较弱的目标难以检测。 为此，将左右参考距离单元的杂波平均功率单独计算， 并取其中较小的估计值作为待检测距离单元杂波平均功 率来计算检测门限。这样，可以避免弱目标被漏检。

CFAR检测器特性：H0条件下检验统计量的概
率密度函数中不包含未知参数。
2. CFAR检测器的类型 CFAR 检测器包括： 固定门限检测器 自适应门限检测器 单元平均CFAR检测器 选小CFAR检测器 选大CFAR检测器 有序CFAR检测器 ……
3. CFAR检测器的实现 白噪声背景下CFAR检测——固定门限检测器 噪声幅度服从瑞利分布，其概率密度函数为：
x1 x2 xL
参考单元
x
x L 1
xL 2
x2 L
1 2L


门限
比较器 比较器 检测结果
x
待 检 测 单 元
单元平均CFAR（CA-CFAR）检测器
3. CFAR检测器的实现 对数正态分布杂波下的CFAR检测器 对数正态分布：
2 ln x 1 f x exp 2 2 x
2
信杂比 (dB)
4
6
8
10
存在假目标时，OS-CFAR取第24个单元的杂波功率作为杂波平均功率， 能够避免假目标信号的影响，故能保持恒虚警特性。但CA-CFAR在估 计杂波平均功率时，使用了假目标信号，估计的杂波平均功率过高， 从而检测门限过高，导致雷达虚警率和检测概率都严重下降。
小结
CFAR检测的概念 CFAR检测器的类型 CA-CFAR、SO-CFAR、GO-CFAR、OS-CFAR CFAR检测器的实现
参考单元
x1 x2 xL
参考单元
x
x L 1
xL 2
x2 L
1 L
1 L
选小 选小
待 检 测 单 元
选小CFAR检测器 适用于某一侧临 近距离单元存在 强目标的场景。


门限
比较器 比较器 检测结果
x
参考文献：邢孟道，雷达信号处理基础，电子工业出版社
3. CFAR检测器的实现 选大CFAR检测器 当杂波严重不均匀时，采用CA-CFAR检测杂波 边缘会产生虚警。为此，将左右参考单元的杂波平 均功率单独计算，并取其中较大的估计值作为待检 测距离单元杂波平均功率来计算检测门限。这样， 可以降低虚警。
22 20 18 16
ຫໍສະໝຸດ Baidu目标
虚警
25
20
目标
非均匀杂波 门限
信号强度(dB)
14 12 10 8 6
信号强度(dB)
300
门限
15
10
5
0 4 2 0 50 100 150 200 250 -5 0 50 100 150 200 250 300
CA-CFAR检测
距离单元
选大CFAR检测
距离单元
3. CFAR检测器的实现 选大CFAR检测器
不同距离段的杂波平均功率是不同的，为了保 证虚警概率恒定，需要估计杂波平均功率，然后根 据杂波平均功率设置检测门限。
相邻单元的杂 波平均功率近 似相等
通过邻近距离单元回波功率来估计待检测距离单元杂波平均 功率。将估计的杂波平均功率乘以一个系数作为检测门限。
3. CFAR检测器的实现
接收信号 参考单元
x
有序CFAR检测器
4. 仿真案例 1、杂波背景下雷达CFAR检测性能 仿真条件：杂波幅度服从瑞利分布，平均功率为50 ，参考距离单元数为32，虚警概率为10-2，蒙特卡洛 仿真次数为5000次。
4. 仿真案例
1、杂波背景下雷达CFAR检测性能
0.06 CA-CFAR OS-CFAR 0.05 0.8 0.04 0.7 0.6 0.5 0.4 0.01 0.3 0.2 0 2 1 0.9
雷达除了接收目标信号，还会接收噪声、 杂波或干扰信号。这些信号具有随机性，信号 的强度时刻在变化。为此，雷达如何根据杂波、 噪声这些背景信号自适应调整判决门限以保证
雷达具有恒定的虚警概率是雷达CFAR检测的关
键。
1. CFAR检测的概念
检验统计量 虚警概率： Pf f T H 0 dT
虚警概率
0.03
0.02
检测概率
CA-CFAR OS-CFAR
0 2
0
信杂比 (dB)
4
6
8
10
信杂比 (dB)
4
6
8
10
CA-CFAR和OS-CFAR均能保持虚警率恒定，两种检测器检测性能相当。
4. 仿真案例 2、假目标+杂波背景下雷达CFAR检测性能 仿真条件：杂波幅度服从瑞利分布，平均功率为50 ，参考单元数为32，左右参考距离单元内各有一个 假目标，假目标信号强度是真实目标信号强度的4倍 ，虚警概率为10-2，蒙特卡洛仿真次数为5000次。
x2 x f x 2 exp 2 b 2b
令
zx
2
f z

1 z exp 2 2 2b 2b

噪声平均功率
Pn 2b2
Pf f z dz


f x dx exp 2 2b
lnxL
lnx
lnxL+1
lnxL+2
...
lnx2L
1 2L
估计杂波幅度均值
_ +

_ +

_ +

_ +

_ +

_
_ +

_ +

_ +

+
(.)2
y1
y2
...
yL
y
1 2L
yL+1
yL+2
...
y2L
估计杂波方差
2

比较器 比较器
检测结果
参考文献：吴顺君，雷达信号处理和数据处理技术，电子工业出版社
22 20 18 22 20
目标
信号强度(dB)
18
信号强度(dB)
16 14 12 10 8 6 4 50
门限
16 14 12 10 8 6
目标 门限
100
单元平均CFAR检测
距离单元
150
200
4 50
100
选小CFAR检测
距离单元
150
200
3. CFAR检测器的实现
接收信号
选小CFAR检测器
仿真案例
接收信号 参考单元
x1 x2 xL
参考单元
x
x L 1
xL 2
x2 L
选大CFAR检测器 适用于非均匀杂波 场景
待 检 测 单 元
1 L
1 L
选大 选大


门限
比较器 比较器 检测结果
x
参考文献：邢孟道，雷达信号处理基础，电子工业出版社
3. CFAR检测器的实现 有序CFAR检测器
当参考单元内存在多个强干扰目标时，多个目标 的存在会导致估计的杂波平均功率过高，从而抬高检 测门限、导致漏警。这时，我们将各参考距离单元回 波功率进行排序，选取中间某个值作为待检测距离单 元杂波平均功率来计算门限。这样就可以避免多个干 扰目标对检测门限的影响。 目标信号
虚警概率：
Pf f x dx


f x 与杂波幅度均值 和标准方差 有关，
检测器的实现需要估计杂波幅度均值和标准方差。
3. CFAR检测器的实现
x1 x2 ... xL x
ln(.)
xL+1
xL+2
...
x2L
对数正态分布杂波下 CFAR检测器
lnx1
lnx2
...
1 2 3 … m 杂波功率 m+1 … 2L
3 m 2L 4
3. CFAR检测器的实现
接收信号 参考单元
x1 x2 xL
参考单元
x
x L 1
xL 2
x2 L
排序器 排序器
选第 选第m m个 个
待 检 测 单 元
有序CFAR检测器 适用于存在多个强 干扰目标的场景。


门限
比较器 比较器 检测结果
雷达恒虚警率检测
主要内容
1. CFAR检测的概念
2. CFAR检测器的类型
3. CFAR检测器的实现
4. 仿真案例
1. CFAR检测的概念 雷达在检测目标时，强杂波或干扰会导致 雷达出现虚警。虚警会导致雷达使用方采取不 必要的应对措施，从而付出一定代价。为此，
控制虚警率是雷达检测需要解决的重要问题。
噪声平均功率已知时，检测门限定了后，虚警概率就固定了。
3. CFAR检测器的实现 雷达噪声平均功率可计算为：
Pn k0TBFn
噪声系数
带宽
玻尔兹曼常数
290
检测门限： k0TBFn ln Pf
匹配滤波 输出信号 平方律检波 平方律检波 比较器 比较器 门限
检测结果
固定门限检测器
3. CFAR检测器的实现 瑞利分布杂波背景下CFAR检测——自适应门限检测器
4. 仿真案例
2、假目标+杂波背景下雷达CFAR检测性能
0.06 1
CA-CFAR OS-CFAR
0.05
0.9 0.8 0.7
CA-CFAR OS-CFAR
0.04
虚警概率
0.03
检测概率
0 2 4 6 8 10
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0.02
0.01
0
0
信杂比 (dB)
0