摘 要： 討論了主目標距離與干擾目標截面積之間的關系，結合工程實際應用,，建立了干擾目標與主目標截面積比值,，即主目標距離的數(shù)學模型。解決了主目標在不同距離時干擾程度的問題,，并進行了仿真實驗與結果分析,。
關鍵詞： 地面探測雷達；CFAR,；遮擋,；干擾模型
噪聲與雜波是雷達工作的固有環(huán)境，地面探測雷達要求在復雜的雜波與噪聲背景下,，保持恒定的虛警概率完成對動目標的自動檢測,，現(xiàn)代動目標檢測(MTD)雷達大部分都采用參考單元(距離維)、恒虛警率(CFAR)處理技術來實現(xiàn)[1-2],。在大多數(shù)的應用場合下,，由于CFAR在參考單元滑窗統(tǒng)計噪聲時不可避免地存在雜波邊緣與多目標干擾，尤其是近距離目標干擾,，從而導致CFAR性能嚴重下降,，甚至主目標被“遮擋”。
目前已經(jīng)有大量文獻[3-4]對CFAR技術在多(大)目標干擾環(huán)境下的檢測性能進行了分析,，并且得出CFAR技術在多目標環(huán)境中檢測性能變差的結論,；也有文獻[5]對當CFAR技術失效時的干擾程度進行了一定的研究，但該文獻[5]涉及的是一種理想狀態(tài),，是基于各參考單元干擾目標的回波幅度一致的基礎上進行的討論,，沒有考慮因距離不同而引起的干擾強度的差異，因此只適用于主目標處于較遠距離時刻,。
本文就CA-CFAR和最小選擇(SO)CFAR兩種經(jīng)典處理方法,，結合實際工程應用，對目標干擾模型進行了數(shù)學推導與建模。給出了在雷達探測范圍內,，主目標被“遮擋”時干擾目標有效反射面積與距離之間的函數(shù)關系式,，并對該數(shù)學推導模型進行了仿真驗證。
1 CFAR技術介紹
CFAR檢測器的結構框圖如圖1所示,。輸入的數(shù)據(jù)通過相參積累(FIR或FFT)處理后,，為了減少系統(tǒng)損失提高多目標的發(fā)現(xiàn)概率，通常對各頻道號信號分別做CFAR處理,，圖1描述的就是某一頻道號進行濾波的結構框圖,。為了防止主目標信號泄露，通常在主目標前后相鄰參考單元不參與噪聲估計,，圖中Z1與Z2分別為主目標的前后m個單元的雜波噪聲平均值,，函數(shù)f(Z1、Z2)是對Z1,、Z2進行進一步處理(求平均或選大或選小等),，完成雜波噪聲估值。
本文主要討論主目標被其他大目標“遮擋”的問題,，越靠近雷達的目標對主目標干擾程度越嚴重,。所以主目標的前沿參考窗影響更為嚴重，而且參考單元中第一個參考單元的干擾目標影響最大,，特別是在近距離處,，雷達回波的信噪比很高，并且常常采用STC(靈敏度時間控制)來滿足A/D采樣動態(tài)以及收發(fā)機的動態(tài)要求,，這樣近距離噪聲將非常小,。因此為了簡化計算以及便于仿真，故選擇干擾最嚴重的情況進行討論,，即假設某相同頻道號的干擾目標都集中在最靠近雷達的參考單元內,，并且假設參考單元內的噪聲與D比值為零，則式(5)可簡化為：
3 計算機仿真實驗與分析
針對數(shù)學模型進行計算機仿真試驗及分析,，由于該數(shù)學模型是基于地面探測雷達工程實現(xiàn)過程推導,，因此在仿真試驗中對某些參數(shù)做如下假設：雜波和噪聲的幅度為瑞利分布，雷達動目標檢測的虛警概率Pfas=10-6,，脈沖寬度為0.2 μs,，參考單元數(shù)m依次取值為8、16和32三種參數(shù),，近距離盲區(qū)參數(shù)k取5,。
圖2所示為基于CA-CFAR處理方法的干擾模型，Δδ為干擾目標與主目標的截面積比值,，R為主目標所處距離,。當主目標在某一距離時,，干擾目標比主目標至少大多少時可能“遮擋”主目標。圖中目標的干擾情況在近距離表現(xiàn)得更為復雜,，剛開始干擾目標要比主目標大很多(m=32時,，Δδ大約為20 dB)才可能導致主目標被“遮擋”。隨著距離的增加,，兩者截面積比值?駐?滓曲線也在不斷下降,，此時主目標變得很容易被“遮擋”(m=32時，Δδ最小將近-25 dB),。由于該距離段比較短,，當距離達到150(m+k+1)τ時，干擾程度逐漸減弱,，截面積比值Δδ曲線快速上升,。圖中可以看出,，在近距離干擾最嚴重的距離段,，一個小目標就可能導致雷達“漏警”。
圖3所示為SO-CFAR處理模型時截面積比值Δδ與距離R的關系曲線圖,，從圖中可以看出,，隨著距離增加，曲線呈下降趨勢,，到幾公里后曲線趨于穩(wěn)定,，此時由于距離的差異而產生的的影響不大。
由圖2,、圖3可以看出SO-CFAR模型比CA-CFAR模型的抗干擾能力更強(特別是近距離),，這也與眾多的文獻[7]研究結果相同。參考單元較多時,，對于噪聲功率估計更穩(wěn)定,，而且抗干擾能力較強，但是所涉及的距離越長越可能引入更多的干擾目標,，同時參考單元越多所涉及的硬件開銷越大,。因此在工程應用中要綜合考慮參考單元的數(shù)目。圖2中也容易看出CA-CFAR處理方法,，主目標在2 km以內很容易被干擾目標“遮擋”,，由于式(2)中回波功率正比于目標有效截面積(Pr∝δ)，因此可參考圖2曲線,，在原有的STC電路上,，精心設計其控制曲線來降低近距離目標被干擾的可能性，提高目標的發(fā)現(xiàn)概率,。
本文不僅從理論上,，更側重的是從工程實現(xiàn)的角度對問題進行建模,、分析，結合CA-CFAR與SO-CFAR處理技術,，針對地面探測脈沖雷達進行研究,，分析了目標距離與干擾目標之間的關系，并且進行仿真實驗及結果分析,，對從事雷達總體設計以及信號處理的研究起到一定的借鑒意義,，也為雷達整機野外調試實驗起到一些指導作用。
參考文獻
[1] 劉敬興.地面探測脈沖壓縮雷達的動目標檢測[J].電子技術應用,，2010,，36(1)：132-135.
[2] 馬曉巖，向家彬.雷達信號處理[M].長沙：湖南科學技術出版社,，1998.
[3] MASHADEM B.M-sweeps detection analysis of cell-averaging CFAR processors in multiple-target situations[J].IEE proc.-F,， 1994， 141(2)： 103-108.
[4] HUSSAINI E K,， MASHADE M B.Performance of cell-averaging CFAR and order-statisticsdetectors processing correlated sweeps for multiple interfering targets[J]. Signal Processing,， 1996， 49(1)：111-118.
[5] 杜朋飛,，張祥軍.單元平均恒虛警率檢測中的一個新結論[J].現(xiàn)代雷達,，2007，29(2)：60-62.
[6] 郭仕劍,，王寶順.MATLAB7.X數(shù)字信號處理[M].北京：人民郵電出版社,，2006.
[7] 陳那.信號測試、處理與系統(tǒng)控制分析技術使用全書[M].北京：清華大學出版社,，2005.