CN102353939A - 一种改进的恒虚警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了信号处理技术领域中的一种改进的恒虚警方法。该方法对快速傅立叶变换FFT模块串行输出的数据逐个做恒虚警检测，如果发现有用信号，则跳过，不将有用信号带入均值计算中；对信号采用两侧恒虚警检测，两个都检测为有用的信号，才是真正的有用信号。本发明对信号识别精度高，解决了多目标检测问题，而且在各种环境下该算法的稳定性都很高；且硬件成本低，具有极高的实际应用价值。

Description

一种改进的恒虚警方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种改进的恒虚警方法。

背景技术

目前，汽车雷达的主要功能是就是在雷达的有效测量范围内检测出所有的物体。通常来讲，如果检测的环境的是空旷的，而且只有一个物体摆放在雷达的正前方，那么对目标的检测是很容易的。在这种情况下，目标物体的反射波信号会与雷达***内部一个固定的阈值进行比较，如果反射波信号强度大于阈值，就被认定为有用信号。然而，在实际的雷达应用环境中，目标物体总是处于有各种点面反射杂波的环境中，这些背景杂波在频谱上的位置随时间和空间位置变化。针对于这样一种现象，一种能够根据杂波在频谱上的强度变化分布白适应地调整比较阈值的技术就显得非常重要。这样的技术可以保证信号处理电路在任何杂波背景的环境中都可以检测出有用信号。这样一种在任何杂波背景中都能保证恒定误检率的技术叫做恒虚警CFAR。

恒虚警算法的主要思想是根据某频点D周边诸多频点{x1，x2…xn}对应的信号强度判断该频点D对应的信号是有用信号还是杂波信号。可见，在频谱的不同位置，这个比较的阈值都是不同的，可以保证在任何杂波背景中误检率恒定。CFAR广泛应用于雷达数字基带***中，通常配合快速傅立叶变换FFT和峰值检测模块COG共同使用。信号处理的基本流程如下：

射频前端的信号经模数变换后串行输入到快速傅立叶变换FFT模块的RAM中，经运算，快速傅立叶变换FFT模块串行输出频域信号的实部与虚部，再进行求模处理，之后调用恒虚警CFAR模块筛选出有用信号的频段并确定峰值个数。数据在峰值检测COG模块中检测出各个有用信号的峰值，将峰值对应的频点存入RAM中，便于之后的数字基带处理。

目前国际上比较通用的恒虚警CFAR技术有两种，一种是均值恒虚警法CA-CFAR，就是将某个频段的信号幅度的均值作为比较阈值。一种是排序恒虚警法OS-CFAR，就是将某个频段的信号幅度排序后取第k(k应小于该频段所含频点数)小的数作为比较阈值。

这两种算法都是存在一定缺陷的：

1.均值恒虚警法CA-CFAR的主要缺点：

相邻多目标检测时，有用信号可能被带入算术平均运算中，严重影响结果。

2.排序恒虚警法OS-CFAR的主要缺点：

算法实现的硬件开销比较大，需要大量的比较器。当面对串行输入数据时，每输入一个数据，就要对所有寄存器内的数据重新排序，运算时间较长。

发明内容

针对上述背景技术中提到现有方法对信号判断的准确度不高、硬件开销大等不足，本发明提出了一种改进的恒虚警方法。

本发明的技术方案是，一种改进的恒虚警方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：求出给定个频点N的快速傅里叶变换FFT输出的前设定个频点n对应的幅值的均值为Z；

步骤2：计算均值Z和控制信号T的乘积，记为阈值S；

步骤3：暂存快速傅里叶变换FFT输出的所述前设定个频点n的下一个频点，并记为该频点对应的幅值为串行输入信号D；将所述串行输入信号D与阈值S比较，若所述串行输入信号D大于阈值S，则执行步骤4；否则，执行步骤5；

步骤4：标记所述串行输入信号D为有用信号，并令n＝n+1，返回步骤3；

步骤5：标记所述串行输入信号D为杂波信号；

步骤6：从连续的有用信号中比较出幅度最大值，将该幅度最大值对应的频点记为frepeak；

步骤7：若frepeak小于(N-1)/2，则令n＝n+1，返回步骤3；若输入的频点数大于(N-1)/2，执行步骤8；

步骤8：比较frepeak和N-1-frepeak，得到所求的频率峰值对应的频点。

所述步骤8具体为：

将frepeak存入RAM中，并标记为RAMpeak；

若RAMpeak＜N-1-frepeak，读地址不变，写地址不变，不写；

若RAMpeak＝N-1-frepeak，读地址减1，写地址减1，不写；

若RAMpeak＞N-1-frepeak，则RAM写0，读地址和写地址同时减1，取RAMpeak与N-1-frepeak比较，直到出现前两种情况为止；

当RAM的读写地址为0时结束，此时RAM中存的非0值就是所有检测出的频谱上峰值对应的频点。

本发明方法具有以下优点：

①具有多目标检测能力；

②硬件开销低；

③运算速度高；

④既能用于并行数据处理，又能用于串行数据处理；

⑤可配合FFT和COG模块，应用于雷达数字基带***中。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

为了一并解决均值恒虚警法CA-CFAR和排序恒虚警法OS-CFAR中存在的主要问题，本发明提出了一种改进的恒虚警方法，完全解决了均值恒虚警法CA-CFAR和排序恒虚警法OS-CFAR遇到的所有问题。

算法的核心思想：

对快速傅立叶变换FFT模块串行输出的数据逐个做恒虚警检测，如果发现有用信号，就将该信号跳过，不带入均值计算中，这样可以排除有用信号的高幅值对阈值的影响，在多目标环境中依然可以保持恒虚警。

本发明的结构原理图如图1所示：

针对从快速傅里叶变换FFT串行输出的数据mag(某频点fre对应的强度幅值)，对快速傅里叶变换FFT输出的前n个数据，依次存入先入先出队列FIFO寄存器组中。从第n+1个数据开始，快速傅里叶变换FFT输出的数据要暂存于寄存器D中(即该数据对应的幅值为串行输入信号D)。同时FIFO寄存器组中的n个寄存器值做算术平均(可用累加器实现)得到Z，与控制信号T相乘得到阈值S，即S＝Z×T。将串行输入信号D与S做比较：

1.若串行输入信号D大于阈值S，则此串行输入信号D为有用信号，比较器的输出端口Alb置0，串行输入信号D不写入先入先出队列FIFO寄存器组中，先入先出队列FIFO寄存器组不移位；串行输入信号D送至峰值检测COG模块；当比较器的输出端口Alb为下降沿时，峰值检测COG模块开始工作，比较器的输出端口Alb为上升沿时，峰值检测COG模块工作结束，得到信号幅值的峰值及与其对应的频点frepeak；

2.若串行输入信号D小于阈值S，则此串行输入信号D为杂波信号，比较器的输出端口Alb置1，串行输入信号D写入先入先出队列FIFO寄存器组中，先入先出队列FIFO寄存器组移位；串行输入信号D不被送至峰值检测COG模块，此时比较检测峰值检测COG模块内数据，得到的最大值对应的频点为frepeak。

FFT串行输出的数据在频域上关于中心频点对称分布。这样采用本发明从第0个频点到第N-1个频点扫一遍相当于先从第0个频点扫到第(N-1)/2个频点再逆向从第(N-1)/2个频点扫描回到第0个频点。

根据上面的分析，虽然本发明在频谱上“爬坡”的时候可能将噪声误检为有用信号，但在“下坡”的时候本发明是不会有这样的问题的。所以针对第0个频点到第(N-1)/2个频点间的所有信号，只有两次恒虚警检测都检测为有用的信号才是真正的有用信号。这样便排除了存在潜在误信号的问题，使其在实际应用中鲁棒性更强。

如图1所示，本发明方法有一个比较控制电路。该比较控制电路包括一个比较器和一个Address generate模块，该模块生成RAM的读写地址，contrl为Address generate模块的使能端。该比较控制电路的具体工作流程为：

当输入频点数小于(N-1)/2时，contrl＝1，Address generate正向生成RAM的写地址，Alb下降沿时，地址增一位。

当输入频点数大于(N-1)/2时，contrl＝0，Address generate逆向生成RAM的读写地址。Alb上升沿时，从RAM中读出RAMpeak(即frepeak)与N-1-frepeak比较：

(1)若RAMpeak＜N-1-frepeak，读地址不变，写地址不变，不写；

(2)若RAMpeak＝N-1-frepeak，读地址减1，写地址减1，不写；

(3)若RAMpeak＞N-1-frepeak，对RAM写0后读地址和写地址同时减1，再取RAMpeak与N-1-frepeak比较，直到出现前两种情况为止。

(4)当RAM的读写地址为0时结束，此时RAM中存的非0值就是所有检测出的频谱上峰值对应的频点。

本发明成功解决了多目标检测问题，而且在各种环境下该算法的稳定性都很高。本发明的硬件成本与均值恒虚警法CA-CFAR的硬件成本基本相当，且多了一个比较器和寄存器来对***进行控制，这点硬件开销相对于FIFO寄存器组来说可以忽略不计。所以本发明兼具排序恒虚警法OS-CFAR的多目标检测能力和均值恒虚警法CA-CFAR的低硬件开销的特点，具有极高的实际应用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种改进的恒虚警方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：求出给定个频点N的快速傅里叶变换FFT输出的前设定个频点n对应的幅值的均值为Z；

步骤2：计算均值Z和控制信号T的乘积，记为阈值S；

步骤3：暂存快速傅里叶变换FFT输出的所述前设定个频点n的下一个频点，并记为该频点对应的幅值为串行输入信号D；将所述串行输入信号D与阈值S比较，若所述串行输入信号D大于阈值S，则执行步骤4；否则，执行步骤5；

步骤4：标记所述串行输入信号D为有用信号，并令n＝n+1，返回步骤3；

步骤5：标记所述串行输入信号D为杂波信号；

步骤6：从连续的有用信号中比较出幅度最大值，将该幅度最大值对应的频点记为frepeak；

步骤7：若frepeak小于(N-1)/2，则令n＝n+1，返回步骤3；若输入的频点数大于(N-1)/2，执行步骤8；

步骤8：比较frepeak和N-1-frepeak，得到所求的频率峰值对应的频点。

2.根据权利要求1所述的一种改进的恒虚警方法，其特征是所述步骤8具体为：

将frepeak存入RAM中，并标记为RAMpeak；

若RAMpeak＜N-1-frepeak，读地址不变，写地址不变，不写；

若RAMpeak＝N-1-frepeak，读地址减1，写地址减1，不写；

若RAMpeak＞N-1-frepeak，则RAM写0，读地址和写地址同时减1，取RAMpeak与N-1-frepeak比较，直到出现前两种情况为止；

当RAM的读写地址为0时结束，此时RAM中存的非0值就是所有检测出的频谱上峰值对应的频点。

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