專利名稱：一種改進的恒虛警方法
技術領域：
本發明屬于信號處理技術領域，尤其涉及一種改進的恒虛警方法。
背景技術：
目前，汽車雷達的主要功能是就是在雷達的有效測量范圍內檢測出所有的物體。 通常來講，如果檢測的環境的是空曠的，而且只有一個物體擺放在雷達的正前方，那么對目標的檢測是很容易的。在這種情況下，目標物體的反射波信號會與雷達系統內部一個固定的閾值進行比較，如果反射波信號強度大于閾值，就被認定為有用信號。然而，在實際的雷達應用環境中，目標物體總是處于有各種點面反射雜波的環境中，這些背景雜波在頻譜上的位置隨時間和空間位置變化。針對于這樣一種現象，一種能夠根據雜波在頻譜上的強度變化分布白適應地調整比較閾值的技術就顯得非常重要。這樣的技術可以保證信號處理電路在任何雜波背景的環境中都可以檢測出有用信號。這樣一種在任何雜波背景中都能保證恒定誤檢率的技術叫做恒虛警CFAR。恒虛警算法的主要思想是根據某頻點D周邊諸多頻點{xl，x2…xn}對應的信號強度判斷該頻點D對應的信號是有用信號還是雜波信號。可見，在頻譜的不同位置，這個比較的閾值都是不同的，可以保證在任何雜波背景中誤檢率恒定。CFAR廣泛應用于雷達數字基帶系統中，通常配合快速傅立葉變換FFT和峰值檢測模塊COG共同使用。信號處理的基本流程如下射頻前端的信號經模數變換后串行輸入到快速傅立葉變換FFT模塊的RAM中，經運算，快速傅立葉變換FFT模塊串行輸出頻域信號的實部與虛部，再進行求模處理，之后調用恒虛警CFAR模塊篩選出有用信號的頻段并確定峰值個數。數據在峰值檢測COG模塊中檢測出各個有用信號的峰值，將峰值對應的頻點存入RAM中，便于之后的數字基帶處理。目前國際上比較通用的恒虛警CFAR技術有兩種，一種是均值恒虛警法CA-CFAR， 就是將某個頻段的信號幅度的均值作為比較閾值。一種是排序恒虛警法0S-CFAR，就是將某個頻段的信號幅度排序后取第k(k應小于該頻段所含頻點數)小的數作為比較閾值。這兩種算法都是存在一定缺陷的1.均值恒虛警法CA-CFAR的主要缺點相鄰多目標檢測時，有用信號可能被帶入算術平均運算中，嚴重影響結果。2.排序恒虛警法OS-CFAR的主要缺點算法實現的硬件開銷比較大，需要大量的比較器。當面對串行輸入數據時，每輸入一個數據，就要對所有寄存器內的數據重新排序，運算時間較長。
發明內容
針對上述背景技術中提到現有方法對信號判斷的準確度不高、硬件開銷大等不足，本發明提出了一種改進的恒虛警方法。本發明的技術方案是，一種改進的恒虛警方法，其特征是該方法包括以下步驟
步驟1 求出給定個頻點N的快速傅里葉變換FFT輸出的前設定個頻點η對應的幅值的均值為Z ；步驟2 計算均值Z和控制信號T的乘積，記為閾值S ；步驟3 暫存快速傅里葉變換FFT輸出的所述前設定個頻點η的下一個頻點，并記為該頻點對應的幅值為串行輸入信號D ；將所述串行輸入信號D與閾值S比較，若所述串行輸入信號D大于閾值S，則執行步驟4 ；否則，執行步驟5 ；步驟4 標記所述串行輸入信號D為有用信號，并令η = η+1，返回步驟3 ；步驟5 標記所述串行輸入信號D為雜波信號；步驟6 從連續的有用信號中比較出幅度最大值，將該幅度最大值對應的頻點記為 frepeak ；步驟7 若fr印eak小于(N-1)/2，則令η = η+1，返回步驟3 ；若輸入的頻點數大于 (N-I)/2，執行步驟8;步驟8 比較fr印eak和N_l_fr印eak，得到所求的頻率峰值對應的頻點。所述步驟8具體為將fr印eak存入RAM中，并標記為RAMpeak ；若RAMpeak < N-1-frepeak,讀地址不變，寫地址不變，不寫；若RAMpeak = N-1-frepeak,讀地址減1，寫地址減1，不寫；若RAMpeak > N-1-frepeak,則RAM寫0，讀地址和寫地址同時減1，取RAMpeak與 N-1-frepeak比較，直到出現前兩種情況為止；當RAM的讀寫地址為0時結束，此時RAM中存的非0值就是所有檢測出的頻譜上峰值對應的頻點。本發明方法具有以下優點①具有多目標檢測能力；②硬件開銷低；③運算速度高；④既能用于并行數據處理，又能用于串行數據處理；⑤可配合FFT和COG模塊，應用于雷達數字基帶系統中。
圖1為本發明的結構原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。為了一并解決均值恒虛警法CA-CFAR和排序恒虛警法OS-CFAR中存在的主要問題，本發明提出了一種改進的恒虛警方法，完全解決了均值恒虛警法CA-CFAR和排序恒虛警法OS-CFAR遇到的所有問題。算法的核心思想對快速傅立葉變換FFT模塊串行輸出的數據逐個做恒虛警檢測，如果發現有用信號，就將該信號跳過，不帶入均值計算中，這樣可以排除有用信號的高幅值對閾值的影響， 在多目標環境中依然可以保持恒虛警。本發明的結構原理圖如圖1所示針對從快速傅里葉變換FFT串行輸出的數據mag (某頻點fre對應的強度幅值)， 對快速傅里葉變換FFT輸出的前η個數據，依次存入先入先出隊列FIFO寄存器組中。從第 n+1個數據開始，快速傅里葉變換FFT輸出的數據要暫存于寄存器D中(即該數據對應的幅值為串行輸入信號D)。同時FIFO寄存器組中的η個寄存器值做算術平均(可用累加器實現)得到Ζ，與控制信號T相乘得到閾值S，即S = ΖΧΤ。將串行輸入信號D與S做比較1.若串行輸入信號D大于閾值S，則此串行輸入信號D為有用信號，比較器的輸出端口 Alb置0，串行輸入信號D不寫入先入先出隊列FIFO寄存器組中，先入先出隊列FIFO 寄存器組不移位；串行輸入信號D送至峰值檢測COG模塊；當比較器的輸出端口 Alb為下降沿時，峰值檢測COG模塊開始工作，比較器的輸出端口 Alb為上升沿時，峰值檢測COG模塊工作結束，得到信號幅值的峰值及與其對應的頻點frepeak ；2.若串行輸入信號D小于閾值S，則此串行輸入信號D為雜波信號，比較器的輸出端口 Alb置1，串行輸入信號D寫入先入先出隊列FIFO寄存器組中，先入先出隊列FIFO寄存器組移位；串行輸入信號D不被送至峰值檢測COG模塊，此時比較檢測峰值檢測COG模塊內數據，得到的最大值對應的頻點為frepeak。FFT串行輸出的數據在頻域上關于中心頻點對稱分布。這樣采用本發明從第0 個頻點到第N-I個頻點掃一遍相當于先從第0個頻點掃到第(N-l)/2個頻點再逆向從第 (N-I)/2個頻點掃描回到第0個頻點。根據上面的分析，雖然本發明在頻譜上“爬坡”的時候可能將噪聲誤檢為有用信號，但在“下坡”的時候本發明是不會有這樣的問題的。所以針對第0個頻點到第(N-1V2 個頻點間的所有信號，只有兩次恒虛警檢測都檢測為有用的信號才是真正的有用信號。這樣便排除了存在潛在誤信號的問題，使其在實際應用中魯棒性更強。如圖1所示，本發明方法有一個比較控制電路。該比較控制電路包括一個比較器禾口一個Address generate模塊，該模塊生成RAM的讀寫地址，contrl為Address generate 模塊的使能端。該比較控制電路的具體工作流程為當輸入頻點數小于(N-I)/2時，contrl = 1，Address generate正向生成RAM的寫地址，Alb下降沿時，地址增一位。當輸入頻點數大于(N-I)/2時，contrl = 0，Address generate逆向生成RAM的讀寫地址。Alb上升沿時，從RAM中讀出RAMpeak(即fr印eak)與N-1-frepeak比較(1)若RAMpeak < N-1-frepeak,讀地址不變，寫地址不變，不寫；(2)若 RAMpeak = N-1-frepeak,讀地址減 1，寫地址減 1，不寫；(3)若RAMpeak > N-1-frepeak,對RAM寫0后讀地址和寫地址同時減1，再取 RAMpeak與N_l_fr印eak比較，直到出現前兩種情況為止。(4)當RAM的讀寫地址為0時結束，此時RAM中存的非0值就是所有檢測出的頻譜上峰值對應的頻點。本發明成功解決了多目標檢測問題，而且在各種環境下該算法的穩定性都很高。 本發明的硬件成本與均值恒虛警法CA-CFAR的硬件成本基本相當，且多了一個比較器和寄存器來對系統進行控制，這點硬件開銷相對于FIFO寄存器組來說可以忽略不計。所以本發明兼具排序恒虛警法OS-CFAR的多目標檢測能力和均值恒虛警法CA-CFAR的低硬件開銷的特點，具有極高的實際應用價值。 以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種改進的恒虛警方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 求出給定個頻點N的快速傅里葉變換FFT輸出的前設定個頻點η對應的幅值的均值為Z ；步驟2 計算均值Z和控制信號T的乘積，記為閾值S ；步驟3 暫存快速傅里葉變換FFT輸出的所述前設定個頻點η的下一個頻點，并記為該頻點對應的幅值為串行輸入信號D ；將所述串行輸入信號D與閾值S比較，若所述串行輸入信號D大于閾值S，則執行步驟4 ；否則，執行步驟5 ；步驟4 標記所述串行輸入信號D為有用信號，并令η = η+1，返回步驟3 ；步驟5 標記所述串行輸入信號D為雜波信號；步驟6:從連續的有用信號中比較出幅度最大值，將該幅度最大值對應的頻點記為 frepeak ；步驟7 若fr印eak小于(N-1V2，則令η = η+1，返回步驟3 ；若輸入的頻點數大于 (N-I)/2，執行步驟8;步驟8 比較fr印eak和N_l_fr印eak，得到所求的頻率峰值對應的頻點。
2.根據權利要求1所述的一種改進的恒虛警方法，其特征是所述步驟8具體為將fr印eak存入RAM中，并標記為RAMpeak ；若RAMpeak < N-1-frepeak,讀地址不變，寫地址不變，不寫；若RAMpeak = N-1-frepeak,讀地址減1，寫地址減1，不寫；若RAMpeak > N-1-frepeak,則RAM寫0，讀地址和寫地址同時減1，取RAMpeak與 N-1-frepeak比較，直到出現前兩種情況為止；當RAM的讀寫地址為0時結束，此時RAM中存的非0值就是所有檢測出的頻譜上峰值對應的頻點。
全文摘要
本發明公開了信號處理技術領域中的一種改進的恒虛警方法。該方法對快速傅立葉變換FFT模塊串行輸出的數據逐個做恒虛警檢測，如果發現有用信號，則跳過，不將有用信號帶入均值計算中；對信號采用兩側恒虛警檢測，兩個都檢測為有用的信號，才是真正的有用信號。本發明對信號識別精度高，解決了多目標檢測問題，而且在各種環境下該算法的穩定性都很高；且硬件成本低，具有極高的實際應用價值。
文檔編號G01S7/292GK102353939SQ201110175858
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者孟祥雨, 張春, 池保勇, 王志華 申請人:清華大學