基于數(shù)字技術(shù)的雷達(dá)恒虛警電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言
恒虛警率(constant False―alam Rate)簡(jiǎn)稱(chēng)CFAR，是雷達(dá)信號(hào)處理的重要組
成部分。雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)總是在干擾背景下進(jìn)行的，這些干擾包括接收機(jī)內(nèi)部的熱噪聲，以及地物、雨雪、海浪等雜波干擾，還有敵人施放的有源和無(wú)源干擾。當(dāng)雷達(dá)遭受干擾或接收機(jī)熱噪聲太強(qiáng)時(shí)，用顯示器觀察就會(huì)在畫(huà)面上出現(xiàn)很多亮斑，以至于不能發(fā)現(xiàn)真正的信號(hào)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在雷達(dá)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，要設(shè)置一定的門(mén)限。如果干擾電平增加，將大大增加虛警，使后面的計(jì)算機(jī)過(guò)載。本文介紹的是針對(duì)接收機(jī)內(nèi)部噪聲電平進(jìn)行處理的恒虛警電路。接收機(jī)內(nèi)部噪聲是由于溫度、電源等因素而改變而產(chǎn)生的，其變化是緩慢的，因此這種處理是慢門(mén)限恒虛警處理。慢門(mén)限恒虛警電路分閉環(huán)式和開(kāi)環(huán)式，本文主要介紹閉環(huán)式噪聲電平恒定電路的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法。

1 閉環(huán)和開(kāi)環(huán)式噪聲電平恒定電路原理
雷達(dá)接收機(jī)檢波后噪聲電壓的概率密度函數(shù)服從于瑞利分布，云雨、海浪和地物雜波在檢波后的電壓概率密度分布也符合瑞利分布：根據(jù)瑞利分布計(jì)算出超過(guò)門(mén)限V2T的虛警率：式中V0=VT/σ，為相對(duì)門(mén)限電壓。當(dāng)門(mén)限VT確定后，由于噪聲電平的變化，將明顯改變虛警率。噪聲電平恒定電路可以采用類(lèi)似接收機(jī)自動(dòng)增益控制電路的辦法。圖l為閉環(huán)式噪聲恒定電路原理框圖。由于雷達(dá)在工作時(shí)，接收機(jī)輸出除噪聲外還有信號(hào)和地物雜波登干擾，所以對(duì)噪聲的取樣應(yīng)在休止期(接近純?cè)肼晠^(qū))里進(jìn)行，將噪聲取樣值檢波后送低通濾波器平滑，然后將平滑后的噪聲電壓送去控制中頻放大器增益。該電路可以有效地達(dá)到噪聲恒定。原理如下：由瑞利分布函數(shù)可知，如果引入新變數(shù)y=x/σ，則y的概率密度函數(shù)為：該式表明，變數(shù)y的概率分布與噪聲強(qiáng)度無(wú)關(guān)，如能將變量x歸一化為變量y，則噪聲強(qiáng)度變化時(shí)將保持輸出恒虛警。因此，必須設(shè)法檢測(cè)出噪聲x的均方差σ值，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備完成x和σ的相除，即可達(dá)到歸一化的結(jié)果。瑞利分布噪聲的平均值正比于檢波前高斯噪聲的均方差，即當(dāng)時(shí)，統(tǒng)計(jì)平均值在閉環(huán)控制電路中，平滑濾波相當(dāng)于對(duì)隨機(jī)變量取平均值，只要濾波器時(shí)常數(shù)足夠大，就可得到較滿(mǎn)意的結(jié)果，增益控制等效于取歸一化。噪聲恒定電路也可以做成開(kāi)環(huán)，如圖2所示。該電路實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，因?yàn)闊o(wú)論用模擬或數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)除法都比較困難。因此在開(kāi)環(huán)式噪聲恒定電路中，常采用增加對(duì)數(shù)放大器和反對(duì)數(shù)電路，如圖3所示。

2 虛警率pfa與取樣值N的關(guān)系