恒虚警率

恒虚警率CFAR是Constant False-Alarm Rate的缩写。在雷达信号检测中，当外界干扰强度变化时，雷达能自动调整其灵敏度，使雷达的虚警概率保持不变，这种特性称为恒虚警率特性。恒虚警率简称CFAR，是Constant False-Alarm Rate的缩写。恒虚警率的获得方法有两种：参量法和非参量法。

恒虚警率基本概念

恒虚警率CFAR是Constant False-Alarm Rate的缩写。在雷达信号检测中，当外界干扰强度变化时，雷达能自动调整其灵敏度，使雷达的虚警概率保持不变，这种特性称为恒虚警率特性。恒虚警率的获得方法有两种：参量法和非参量法。

恒虚警率检测是雷达目标自动检测的一个重要组成部分，可以作为从SAR图像中提取目标的第一步，是进一步识别目标的基础。虚警率是指侦察设备在单位时间内将噪声或其他干扰信号误判为威胁辐射源信号的概率。而恒虚警率检测则证明了检测算法的稳定性和可靠性。

恒虚警率恒虚警率检测

雷达信号恒虚警率检测就是要求虚警概率保持恒定，这主要是因为在雷达信号检测中，信号的最佳检测通常采用奈曼-皮尔逊准则，即在保持恒定的虚警概率的条件下，使正确检测的概率达到最大值。在雷达信号的检测过程中，如果虚警目标太多。使计算机的处理能力达到饱和，势必影响正常目标的检测，保持雷达信号的恒虚警率检测可以有效地解决这个问题，所以恒虚警率检测具有很大的实际意义。但遗憾的是：在雷达信号检测中，由于各种干扰强度是随机的，如果采用固定门限，将难以保证信号的恒虚警概率检测。

在雷达信号检测中，事先常常不知道目标在一定条件下的出现概率，也不知道一次漏检所造成的损失。故在检测中常采用奈曼-皮尔逊准则：在给定虚警概率

对于对于一给定的检测系统，输入信号及理想的判决结果可表示为：

（1）

（2）

从统计分析角度出发，有下列关系成立。

仅有噪声时，设噪声概率密度函数为

其中

信号和噪声同时输入时，设信号加噪声的概率密度函数为

判决规则为：

恒虚警率检测器

恒虚警率原理

一般说来，检测提取的雷达信息都是我们所感兴趣的信息，如距离、多普勒、俯仰、方位等。为了提高检测的性能，这些回波通常要先经过滤波以后，才交给恒虚警率检测器处理。滤波过程包括多普勒滤波、自适应时空二维谱估计、白化、通道均衡等等。

根据恒虚警率检测器对杂波的敏感程度可将恒虚警率检测器分为非参量型恒虚警率检’测器和参量型恒虚警率检测器。其中非参量检测器对杂波类型没有严格要求，参量型恒虚警率检测器则需要预知杂波的类型。实际应用较多的、典型的参量型恒虚警率检测器如图4所示，它首先假定雷达杂波的类型，然后通过对检测单元附近的参考单元的，数据采用某种算法，对检测单元中杂波的参数进行估计，再对检测单元中的杂波进行归一化，形成一个与杂波参数无关的量，将这个量与一个跟虚警概率和参考单元数有关的门限进行比较，判断有无目标的存在。由于经过归一化后检测单元中的值与杂波参数无关、所以能够起到恒虚警率检测的作用。

雷达目标所处的杂波环境是非常复杂的，要设计参量型恒虚警率检测器，使得雷达落信号检测的虚警概率保持恒定，就必须考虑多种环境因素。一般说来主要考虑以下3个因素：

（1）杂波类型

这里所说的杂波类型主要是指杂波的幅度分布。通常雷达杂波幅度的统计特性可由瑞利、韦伯、对数正态以及K分布来模拟。根据上述杂波类型，这可以将参量型检测器分为瑞利杂波（单参数）恒虚警率检测器和非瑞利杂波丈双参数）恒虚警率检测器（包括韦伯杂波恒虚警率检厕器、对数正态恒虚警率检测器和K分布杂波恒虚警率检测器等）。

（2）杂波的均匀性

杂波是否均匀也是设计恒虚警率检测器时需要重点考虑的因素之一。实际的杂波严格来说都是不均匀的，尤其在杂波边缘，幅度的变化最为剧烈。如果恒虚警率检测器设计的有欠缺，参考单元估计出的杂波的参数与检测单元的参数不相符合，极有可能引起杂波掩盖目标，或虚警概率太大，超过设备容量的情况。所以在设计恒虚警率检测器时，必须考虑波的均匀性，尤其是杂波边缘的情况。

（3）多目标干扰

在单目标的情况下，参考单元中的信号可近似地认为是杂波，可以用来估计杂波参数。但在多目标情况下，很容易出现参考单元中含有目标信息的情况，此时目标信号的幅度可能大于杂波的幅度，这样估计出的门限偏高，导致检测概率降低，很有可能出现两个目标互相“掩盖”的情况，所以在设计恒虚普率检测器时，还应尽可能考虑多目标因素。

以上三种因素中，杂波的类型是最主要的因素，实际杂波类型与恒虚警率检测器不匹配，将引起较大的恒虚警率损失。一般恒虚警率检测器首先都要根据杂波的类型来设计，在此基础上再考虑杂波的均匀性和多目标因素。

恒虚警率性能

评价一个恒虚警率检测器设计的好坏，主要是它的实用性和恒虚警率损失两个方面。实用性主要指它使用起来的可靠性、复杂性、处理时间的长短以及由此而引起的硬件设备量、软件编程量的大小等等。恒虚警率损失主要是指使用恒虚警普率检测器后对信号检测的影响程度，对于参量型恒虚警率检测器来说，假设杂波是独立同分布的，如果参考单元数无限大时，杂波参数的估值为真实值，这时恒虚警率检测能够达到理论上的最佳检测；如果参考单元数有限、杂波参数的估值将产生起伏，参考单元数越少，起伏越大。经过归一化后，杂波参数估值的起伏将引起输出起伏的加大，检测门限一定时。这种起伏加大将引起虚警概率的增加。如果要保持原来虚普概率和检测概率，就必须提高门限和输入的信杂比，这个所提高的信杂比就称为恒虚警率损失。设参考单元有限时，达到某虚警概率需要的门限为

恒虚警率损失可表达为：

恒虚警率发展和应用

雷达信号的检测总是在干扰背景下进行的，这些干扰包括接收机内部的热噪声，以及地物、雨雪、海浪等杂波干扰，有时还有敌人施放的有源和无源干扰。杂波和敌人施放干扰的强度常比接收机内部噪声电平高得多。因此，在强干扰中提取信号，不仅要求有一定的信噪比，而且必须对信号作恒虚警处理。在自动检测系统中，对一定的检测门限来说，当干扰电平增大几分贝，虚警率就会大大增加，致使显示器画面饱和或计算机过载，这时即使有足够大的信噪比，也不可能做出正确的判决。为此在自动检测雷达中，必须具备恒虚警处理设备，使之在强杂波干扰下仍能继续工作。

从60年代开始至今，人们对恒虚警率技术进行了大量的研究，也取得了许多成果。开始由于对杂波的特性没有足够的了解，通常假设杂波是瑞利型的，主要采用瑞利型恒虚警率检测器以及对杂波类型要求不高的非参量型恒虚警率检测器，其鲁棒性也比较差。随着对杂波特性了解的日益探入，人们发现采用双参数杂波模型模拟雷达杂波更为合适，因而针对双参数杂波的恒虚警率检测器也逐渐得到发展。近十几年来。人们在提高恒虚警率检测器的性能、鲁棒性等方面，做了大量的工作，得到了许多性能良好的恒虚警率检测器。下表中列出了应用较广、实用性较强的几种恒虚警率检测器。