魏鑫 魏俊杰 柏佳

摘 ? 要：雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)在軍事中是一項(xiàng)具有重大意義的應(yīng)用課題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低空低速飛行器逐漸投入到軍事應(yīng)用中，對(duì)于低空復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)追蹤，需要采取合適的虛警算法。文章通過Matlab仿真，使用單元平均恒虛警技術(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，獲得目標(biāo)航跡，給出了每個(gè)步驟的過程和結(jié)果，對(duì)實(shí)際問題的解決有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)檢測(cè);Matlab;單元平均恒虛警技術(shù)

雷達(dá)是Radar的音澤，意為“無線電探測(cè)和測(cè)距”（Radio Detection and Ranging），利用電磁波對(duì)障礙物的反射特性來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。通過接受回波的電平與門限電平相比較，判斷是否捕捉到目標(biāo)。因?yàn)榈孛媸瞧鸱黄降?，有很多小山、小丘陵，另外，地面建筑、樹木、飛鳥等可以擋住雷達(dá)波，從而產(chǎn)生各種輻射雜波，導(dǎo)致虛假量較多，難以判斷是否為低空飛行的飛行器。

雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)算法中，常用恒虛警算法，即在一定的虛警概率下，盡量提高檢測(cè)的概率[1]。幾種典型的恒虛警算法有CA-CFAR，GO，SO-CFAR，OS-CFAR，本文就CA-CFAR算法進(jìn)行Matlab仿真。

1 ? ?CA-CFAR算法

CA-CFAR算法的基本流程如圖1所示。輸入信號(hào)需要包括檢測(cè)單元Y和位于檢測(cè)單元兩側(cè)的共2n個(gè)參考單元以及保護(hù)單元。保護(hù)單元主要用在單目標(biāo)情況下，防止目標(biāo)能量泄漏到參考單元影響檢測(cè)效果。Z為總的雜波功率水平的估計(jì)，通過對(duì)2n個(gè)參考單元的CFAR處理得到。T為標(biāo)稱化因子，和Z的乘積作為參考門限電平。當(dāng)檢測(cè)單元的值超過T×Z時(shí)，認(rèn)為有目標(biāo);反之，認(rèn)為無目標(biāo)。

2 ? ?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)模型為單部雷達(dá)監(jiān)測(cè)一個(gè)200×200 km的二維數(shù)據(jù)平面，平面上存在多個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，每個(gè)單目標(biāo)均根據(jù)勻速運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。傳感器采集的原始數(shù)據(jù)（共40幀）經(jīng)Matlab繪制，如圖2所示。

雷達(dá)參數(shù)設(shè)定為：虛警概率Pf=10-6;檢測(cè)概率Pd=0.75;信噪比SNR=20 dB。

波門尺寸為d=5 km2，波門概率為1-exp（-d2÷2）。

原始數(shù)據(jù)經(jīng)過恒虛警檢測(cè)處理后，獲得的二維平面下的數(shù)據(jù)航跡，如圖3所示。

3 ? ?目標(biāo)航跡確認(rèn)

目標(biāo)跟蹤包括航跡起始、航跡關(guān)聯(lián)、航跡維持和航跡終止幾個(gè)過程，傳統(tǒng)跟蹤流程如圖4所示。

航跡起始指航跡形成的過程，輸入被處理后檢測(cè)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，輸出目標(biāo)航跡。起始航跡的方法較多，最常見的有直接法、邏輯法、霍夫變換法等[2]。本文采用直接法，航跡關(guān)聯(lián)技術(shù)使用最近鄰數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，航跡維持使用常用的卡爾曼濾波算法[3]。航跡終止通過一定的準(zhǔn)則對(duì)確認(rèn)航跡過程中產(chǎn)生的航跡進(jìn)行判斷，進(jìn)一步減少假航跡的生成。常用的準(zhǔn)則為L邏輯準(zhǔn)則，其步驟如圖5所示。

完成跟蹤過程后的目標(biāo)航跡如圖6所示，其中，方形為CA-CFAR檢測(cè)后的目標(biāo)點(diǎn);曲線為卡爾曼濾波之后的目標(biāo)狀態(tài)時(shí)間序列，即目標(biāo)真實(shí)軌跡。

4 ? ?結(jié)語

本文針對(duì)單元平均恒虛警技術(shù)進(jìn)行了Matlab仿真，通過對(duì)雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)的處理、目標(biāo)航跡的跟蹤，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜噪聲環(huán)境中目標(biāo)航跡的確認(rèn)。同時(shí)，本文利用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、濾波仿真，對(duì)于初學(xué)者來說，可以更快地掌握相關(guān)雷達(dá)算法的學(xué)習(xí)，具有良好的學(xué)習(xí)價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉朝軍，張欣，王守權(quán).雷達(dá)目標(biāo)恒虛警檢測(cè)算法研究[J].艦船電子工程，2008（169）：113-115.

[2]徐明慧.基于知識(shí)輔助的小目標(biāo)跟蹤算法研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2012.

[3]斯科尼克.雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論[M].左群聲，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2010.