基于数字技术的雷达恒虚警电路设计与实现

0 引言
恒虚警率(constant False―alam Rate)简称CFAR，是雷达信号处理的重要组
成部分。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，还有敌人施放的有源和无源干扰。当雷达遭受干扰或接收机热噪声太强时，用显示器观察就会在画面上出现很多亮斑，以至于不能发现真正的信号。为了解决这个问题，在雷达自动检测系统中，要设置一定的门限。如果干扰电平增加，将大大增加虚警，使后面的计算机过载。本文介绍的是针对接收机内部噪声电平进行处理的恒虚警电路。接收机内部噪声是由于温度、电源等因素而改变而产生的，其变化是缓慢的，因此这种处理是慢门限恒虚警处理。慢门限恒虚警电路分闭环式和开环式，本文主要介绍闭环式噪声电平恒定电路的数字实现方法。

1 闭环和开环式噪声电平恒定电路原理
雷达接收机检波后噪声电压的概率密度函数服从于瑞利分布，云雨、海浪和地物杂波在检波后的电压概率密度分布也符合瑞利分布：根据瑞利分布计算出超过门限V2T的虚警率：式中V0=VT/σ，为相对门限电压。当门限VT确定后，由于噪声电平的变化，将明显改变虚警率。噪声电平恒定电路可以采用类似接收机自动增益控制电路的办法。图l为闭环式噪声恒定电路原理框图。由于雷达在工作时，接收机输出除噪声外还有信号和地物杂波登干扰，所以对噪声的取样应在休止期(接近纯噪声区)里进行，将噪声取样值检波后送低通滤波器平滑，然后将平滑后的噪声电压送去控制中频放大器增益。该电路可以有效地达到噪声恒定。原理如下：由瑞利分布函数可知，如果引入新变数y=x/σ，则y的概率密度函数为：该式表明，变数y的概率分布与噪声强度无关，如能将变量x归一化为变量y，则噪声强度变化时将保持输出恒虚警。因此，必须设法检测出噪声x的均方差σ值，通过相应的设备完成x和σ的相除，即可达到归一化的结果。瑞利分布噪声的平均值正比于检波前高斯噪声的均方差，即当时，统计平均值在闭环控制电路中，平滑滤波相当于对随机变量取平均值，只要滤波器时常数足够大，就可得到较满意的结果，增益控制等效于取归一化。噪声恒定电路也可以做成开环，如图2所示。该电路实现比较复杂，因为无论用模拟或数字技术实现除法都比较困难。因此在开环式噪声恒定电路中，常采用增加对数放大器和反对数电路，如图3所示。

2 虚警率pfa与取样值N的关系