專利名稱：一種基于數(shù)字信號處理器的高速恒定虛警率檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于數(shù)字信號處理器(即DSP)的高速恒定虛警率(即CFAR) 檢測器，屬于雷達檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雷達是軍事和民用領(lǐng)域中探測目標(biāo)的主要工具。雷達的主要任務(wù)就是在存在噪 聲、雜波與干擾的背景中檢測并測量來自空中、地面或水面上的有用目標(biāo)，為各種作戰(zhàn)系統(tǒng) 提供準(zhǔn)確的目標(biāo)信息。從本質(zhì)上來講，雷達信號的檢測問題就是對某一坐標(biāo)位置上的目標(biāo) 信號“有”或“無”的判斷問題。在雷達自動檢測系統(tǒng)中，通常是將自動檢測和恒定虛警率 (CFAR，constant false alarm rate)技術(shù)結(jié)合使用以保持在變化的雜波環(huán)境中獲得可預(yù) 測的檢測性能和恒定的虛警率，使雷達在多變的背景信號中能夠維持虛警率的恒定。恒虛 警檢測的好處是在檢測樣本之前不需要知道任何有關(guān)于背景噪聲的先驗信息。這種虛警概 率的穩(wěn)定性對于大多數(shù)的雷達，如搜索警戒雷達、跟蹤雷達、火控雷達等都是至關(guān)重要的， 因此，CFAR檢測逐漸已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達的一項標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。上個世紀(jì)80年代以來，隨著信息技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速進展，超高速集成電路 (VHSIC)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)得到了大幅度提高。低速、低可靠性的單片機以 及小規(guī)模的集成電路已經(jīng)越來越不能滿足需要，正逐漸被DSP與可編程邏輯器件(如FPGA、 CPLD)所取代。目前的CFAR檢測器有多種實現(xiàn)方法，主要實現(xiàn)方法包括PC軟件實現(xiàn)、DSP 實現(xiàn)與FPGA實現(xiàn)。墨西哥國家天體物理實驗室于2008年提出了一種在FPGA中快速實現(xiàn)CFAR的硬 件結(jié)構(gòu)，具有很高的檢測速度；同年，阿爾及利亞研究與發(fā)展中心與國立理工學(xué)院合作研制 了 一款基于TMS320C6711的CFAR檢測器，其可應(yīng)用于經(jīng)典的脈沖壓縮雷達中并完成信號的 實時處理；印度電子器件與雷達發(fā)展研究所2009年研制的基于ADSP 21160的并行雷達處 理機中成功實現(xiàn)了檢測速度較高的CFAR檢測器。在雷達仿真應(yīng)用中，CFAR檢測器較多的 利用PC軟件實現(xiàn)。在上述的實現(xiàn)CFAR的方法中，利用PC軟件實現(xiàn)CFAR檢測開發(fā)簡單，但是速度通 常不能達到實時處理的要求，而且不適于應(yīng)用于大規(guī)模的雷達檢測系統(tǒng)中；利用FPGA實現(xiàn) CFAR處理具有很高的處理速度，但是具有開發(fā)難度大，周期長與靈活性差等缺點；利用普 通的DSP實現(xiàn)CFAR處理也難以保證實時處理，只有采用高性能的內(nèi)部并行度高的DSP才能 兼顧CFAR處理的實時性與靈活性。目前，我國的CFAR檢測技術(shù)的研究大多停留于理論階段，將CFAR檢測技術(shù)應(yīng) 用到實際工作中去是十分重要的，因此我們設(shè)計了 一種基于高速DSP (AD公司出品的 ADSP-TS201 TigerSHARC)的 CFAR 檢測器，該 CFAR 檢測器利用 CA (cell average)-CFAR 檢 測方法，以500MHz為工作時鐘，具有超高的檢測速度，可以滿足現(xiàn)階段幾乎所有雷達的數(shù) 據(jù)檢測的實時處理。
3(三)實用新型內(nèi)容1、目的本實用新型的目的在于提供一種基于數(shù)字信號處理器的高速恒定虛警率 檢測器及其檢測方法，它通過TS201的匯編語言實現(xiàn)該檢測器的功能，克服了現(xiàn)有技術(shù)的 不足。2、技術(shù)方案(1)見

圖1所示，本實用新型一種基于數(shù)字信號處理器的高速恒定虛警率檢測器， 它是由滑窗模塊、檢測門限計算模塊與信號檢測模塊組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號 走向是被檢測信號首先進入滑窗模塊，經(jīng)由滑窗模塊篩選出檢測單元、保護單元與參考單 元，然后經(jīng)由檢測門限計算模塊計算出所需的檢測門限，最后由信號檢測模塊判定檢測單 元中是否存在目標(biāo)。所述滑窗模塊是由DSP內(nèi)部的一系列取址單元和移位寄存器構(gòu)成。它的功能是確 定連續(xù)的待檢測信號中的檢測單元、保護單元與參考單元，取出它們的值用于后續(xù)的計算 檢測門限與信號檢測，同時滑窗模塊也具有滑動功能，因此可以保證信號的連續(xù)檢測；所述檢測門限計算模塊是由DSP內(nèi)部的加法器與乘法器構(gòu)成。它的功能是利用滑 窗模塊提取出的參考單元的數(shù)據(jù)，利用下式實時的計算信號的檢測門限。其中T是所需的 檢測門限，Xi是參考單元，N為參考單元的數(shù)量，Ph為系統(tǒng)所要求保證的恒定虛警律；
冬 --VN NT = a Xi = (Pfa _ 1 Xi
i=\ /=1所述信號檢測模塊是由一個比較器與數(shù)據(jù)記錄單元構(gòu)成。它的功能是檢測樣本中 是否存在目標(biāo)。其中比較器用于判定檢測樣本中是否存在目標(biāo)，若檢測單元超過了檢測門 限，則系統(tǒng)判定樣本中目標(biāo)存在，反之，判定目標(biāo)不存在。數(shù)據(jù)記錄單元則用于當(dāng)判定檢測 樣本中存在目標(biāo)的情況下，記錄目標(biāo)所在的位置。該檢測器的工作原理介紹如下首先系統(tǒng)接收待檢測信號，由滑窗模塊提取出檢測單元、保護單元與參考單元然 后將數(shù)據(jù)送給檢測門限計算模塊，由檢測門限計算模塊計算出對于本次檢測單元的檢測門 限，最后經(jīng)由信號檢測模塊判定檢測單元中是否存在目標(biāo)，并記錄目標(biāo)位置。完成一次數(shù)據(jù) 檢測后，滑窗模塊將自動移位，以保證檢測的連續(xù)進行。本檢測器是以AD公司出品的高速DSPADSP-TS201 TigerSHARC為工作平臺，系統(tǒng) 工作時鐘高達500MHz，平均指令周期僅為2ns。該檢測器可以同時完成雙路數(shù)據(jù)的檢測，檢 測雙路256點數(shù)據(jù)耗時5. 37us，平均完成每點檢測的時間為10. 5ns。在保證一定的檢測概 率的同時，可以提供恒定的虛警概率，其檢測速度可以滿足現(xiàn)今幾乎所有雷達的數(shù)據(jù)檢測 要求。它采用TS201提供的匯編語言實現(xiàn)。匯編語言可以充分的利用TS201的內(nèi)部資源， 提高系統(tǒng)的指令執(zhí)行效率與并行度，比常用的利用C語言實現(xiàn)的系統(tǒng)工作效率提高了約1 倍。(2) 一種基于數(shù)字信號處理器的高速恒定虛警率檢測器的檢測方法，該方法具體 步驟如下步驟一確定恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，根據(jù)公式計算能保證恒定 的虛警概率的檢測門限，再根據(jù)計算結(jié)果判斷目標(biāo)存在與否。該檢測器采用滑窗式 CA(Cellaverage)-CFAR檢測方式，可以通過檢測單元周圍的參考單元實時的計算檢測門限。在圖1中，待檢測單元位于參考窗的中心，保護單元(為排除目標(biāo)能量泄露導(dǎo)致的漏警 情況)與參考單元分別分布于檢測單元兩側(cè)。在檢測過程中，系統(tǒng)剔除檢測單元的保護單 元，通過參考單元實時的估計檢測門限。檢測門限的計算方法如下式所示
權(quán)利要求一種基于數(shù)字信號處理器的高速恒定虛警率檢測器，其特征在于，它是由滑窗模塊、檢測門限計算模塊與信號檢測模塊組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號走向是被檢測信號首先進入滑窗模塊，經(jīng)由滑窗模塊篩選出檢測單元、保護單元與參考單元，然后經(jīng)由檢測門限計算模塊計算出所需的檢測門限，最后由信號檢測模塊判定檢測單元中是否存在目標(biāo)；所述滑窗模塊是由DSP內(nèi)部的取址單元和移位寄存器構(gòu)成；所述檢測門限計算模塊是由DSP內(nèi)部的加法器與乘法器構(gòu)成；所述信號檢測模塊是由一個比較器與數(shù)據(jù)記錄單元構(gòu)成。
專利摘要一種基于數(shù)字信號處理器的高速恒定虛警率檢測器，該檢測器由滑窗模塊、檢測門限計算模塊與信號檢測模塊組成，它們的連接關(guān)系是被檢測信號首先進入滑窗模塊，篩選出檢測單元、保護單元與參考單元，經(jīng)由檢測門限計算模塊計算出所需的檢測門限，最后由信號檢測模塊判定檢測單元中是否存在目標(biāo)。該檢測器以經(jīng)典的CA-CFAR為理論基礎(chǔ)，在完成數(shù)據(jù)檢測的過程中可以提供恒定的虛警概率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的恒虛警檢測；該裝置采用可編程器件DSP為數(shù)字信號處理核心器件，具有很強的靈活性和適應(yīng)性；并具有超高的檢測速度，可以滿足現(xiàn)今幾乎所有雷達的CFAR檢測；它在雷達檢測技術(shù)領(lǐng)域里具有實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01S7/40GK201732161SQ20102018853
公開日2011年2月2日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者姚旺, 張玉璽, 張磊, 王俊, 蔣海 申請人:北京航空航天大學(xué)