一種動態(tài)可配置二維CFAR處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 09:02
為實(shí)現(xiàn)多場景下二維恒虛警(CFAR)算法的硬件加速,提出了一種基于FPGA平臺的動態(tài)可配置二維CFAR處理器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu).該處理器實(shí)現(xiàn)了單元平均(CA)、最大選擇(GO)、最小選擇(SO)及有序統(tǒng)計(jì)(OS)4種二維矩形窗檢測器的流水運(yùn)算.通過參數(shù)的控制,該處理器支持參考窗尺寸、保護(hù)窗尺寸及檢測器類型等可配置.對于256×512點(diǎn)二維檢測數(shù)據(jù),該處理器各檢測器的運(yùn)算時(shí)間均小于3 ms,檢測門限相對誤差不超過0.1%.驗(yàn)證結(jié)果表明該處理器能較好地完成雷達(dá)二維檢測數(shù)據(jù)的恒虛警檢測工作.
【文章來源】：北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020年07期 第797-802頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
二維矩形窗CFAR算法
本文采用二元積累法(rank-only method)[12,17]來實(shí)現(xiàn)二維矩形窗OS-CFAR算法,其結(jié)構(gòu)如圖2所示. 該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了二維矩形窗OS-CFAR算法的流水運(yùn)算,保證了運(yùn)算實(shí)時(shí)性. 同時(shí)該結(jié)構(gòu)中引入了壓縮檢測單元Y/α進(jìn)行二元積累,與文獻(xiàn)[11]中的結(jié)構(gòu)相比避免了所有參考單元與門限因子的乘法操作,減少了硬件資源消耗.在此結(jié)構(gòu)中,檢測器對檢測單元的檢測并不需要對參考窗內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行排序操作. 結(jié)構(gòu)中每一個(gè)比較器均會判斷壓縮檢測單元Y/α是否大于參考窗內(nèi)對應(yīng)的參考單元,并輸出比較結(jié)果(0或1).圖中C為二元積累值,即所有小于壓縮檢測單元的 參考單元個(gè)數(shù). 如果有超過k個(gè)參考單元小于壓縮檢測單元,則說明檢測單元大于Xkα,此時(shí)檢測單元為目標(biāo),否則為雜波. 二元積累法下OS-CFAR判決準(zhǔn)則為
如圖3所示,二維CFAR處理器主要由均值產(chǎn)生模塊、均值排序計(jì)算模塊及目標(biāo)檢測模塊組成. 對于參考窗在二維數(shù)據(jù)邊界處參考單元缺失的情況,本設(shè)計(jì)使用有效參考單元均值對殘缺數(shù)據(jù)加以補(bǔ)充. 為此,本設(shè)計(jì)引入了均值產(chǎn)生模塊. 該模塊能夠根據(jù)數(shù)據(jù)邊界條件,進(jìn)行二維矩形窗數(shù)據(jù)累加及有效參考單元個(gè)數(shù)計(jì)算,最終得到參考窗內(nèi)有效參考單元均值,并將檢測單元值與其周圍參考單元均值進(jìn)行對齊輸出.均值排序計(jì)算模塊在圖2結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,加入了計(jì)算單元邏輯及干擾估計(jì)值計(jì)算邏輯,實(shí)現(xiàn)了對不同窗口尺寸及檢測器類型的支持. 均值排序計(jì)算模塊將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行移位緩存,并根據(jù)檢測器類型、窗口大小、邊界條件等要求計(jì)算出當(dāng)前參考窗內(nèi)參考單元的均值估計(jì)或二元積累值. 圖中EST1為左窗估計(jì)值,EST2為右窗估計(jì)值,ESTT為全窗估計(jì)值. 多路選擇器MUX能夠根據(jù)檢測器選擇信號控制干擾估計(jì)值Z.
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于FPGA的二維OS-CFAR設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 劉中祥,宋志勇,付強(qiáng). 全球定位系統(tǒng). 2015(05)
[2]基于DSP的二維CFAR檢測快速實(shí)現(xiàn)[J]. 任磊,陳輝,陳建文,王永良. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2009(07)
[3]基于FPGA的CFAR設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 高亞軍,張冠杰,陳矛. 火控雷達(dá)技術(shù). 2006(03)
[4]復(fù)雜背景下的二維檢測研究[J]. 楊強(qiáng),劉永坦. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2002(01)
[5]一種脈沖多普勒雷達(dá)信號模擬器的研究[J]. 田黎育,曾濤,龍騰. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2000(06)
碩士論文
[1]高頻地波雷達(dá)目標(biāo)二維CFAR檢測及軟件實(shí)現(xiàn)[D]. 梁建.中國海洋大學(xué) 2014
[2]雜波干擾環(huán)境下雷達(dá)恒虛警處理及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D]. 鄧超.電子科技大學(xué) 2014
本文編號：2906635
【文章來源】：北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020年07期 第797-802頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
二維矩形窗CFAR算法
本文采用二元積累法(rank-only method)[12,17]來實(shí)現(xiàn)二維矩形窗OS-CFAR算法,其結(jié)構(gòu)如圖2所示. 該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了二維矩形窗OS-CFAR算法的流水運(yùn)算,保證了運(yùn)算實(shí)時(shí)性. 同時(shí)該結(jié)構(gòu)中引入了壓縮檢測單元Y/α進(jìn)行二元積累,與文獻(xiàn)[11]中的結(jié)構(gòu)相比避免了所有參考單元與門限因子的乘法操作,減少了硬件資源消耗.在此結(jié)構(gòu)中,檢測器對檢測單元的檢測并不需要對參考窗內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行排序操作. 結(jié)構(gòu)中每一個(gè)比較器均會判斷壓縮檢測單元Y/α是否大于參考窗內(nèi)對應(yīng)的參考單元,并輸出比較結(jié)果(0或1).圖中C為二元積累值,即所有小于壓縮檢測單元的 參考單元個(gè)數(shù). 如果有超過k個(gè)參考單元小于壓縮檢測單元,則說明檢測單元大于Xkα,此時(shí)檢測單元為目標(biāo),否則為雜波. 二元積累法下OS-CFAR判決準(zhǔn)則為
如圖3所示,二維CFAR處理器主要由均值產(chǎn)生模塊、均值排序計(jì)算模塊及目標(biāo)檢測模塊組成. 對于參考窗在二維數(shù)據(jù)邊界處參考單元缺失的情況,本設(shè)計(jì)使用有效參考單元均值對殘缺數(shù)據(jù)加以補(bǔ)充. 為此,本設(shè)計(jì)引入了均值產(chǎn)生模塊. 該模塊能夠根據(jù)數(shù)據(jù)邊界條件,進(jìn)行二維矩形窗數(shù)據(jù)累加及有效參考單元個(gè)數(shù)計(jì)算,最終得到參考窗內(nèi)有效參考單元均值,并將檢測單元值與其周圍參考單元均值進(jìn)行對齊輸出.均值排序計(jì)算模塊在圖2結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,加入了計(jì)算單元邏輯及干擾估計(jì)值計(jì)算邏輯,實(shí)現(xiàn)了對不同窗口尺寸及檢測器類型的支持. 均值排序計(jì)算模塊將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行移位緩存,并根據(jù)檢測器類型、窗口大小、邊界條件等要求計(jì)算出當(dāng)前參考窗內(nèi)參考單元的均值估計(jì)或二元積累值. 圖中EST1為左窗估計(jì)值,EST2為右窗估計(jì)值,ESTT為全窗估計(jì)值. 多路選擇器MUX能夠根據(jù)檢測器選擇信號控制干擾估計(jì)值Z.
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于FPGA的二維OS-CFAR設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 劉中祥,宋志勇,付強(qiáng). 全球定位系統(tǒng). 2015(05)
[2]基于DSP的二維CFAR檢測快速實(shí)現(xiàn)[J]. 任磊,陳輝,陳建文,王永良. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2009(07)
[3]基于FPGA的CFAR設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 高亞軍,張冠杰,陳矛. 火控雷達(dá)技術(shù). 2006(03)
[4]復(fù)雜背景下的二維檢測研究[J]. 楊強(qiáng),劉永坦. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2002(01)
[5]一種脈沖多普勒雷達(dá)信號模擬器的研究[J]. 田黎育,曾濤,龍騰. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2000(06)
碩士論文
[1]高頻地波雷達(dá)目標(biāo)二維CFAR檢測及軟件實(shí)現(xiàn)[D]. 梁建.中國海洋大學(xué) 2014
[2]雜波干擾環(huán)境下雷達(dá)恒虛警處理及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D]. 鄧超.電子科技大學(xué) 2014
本文編號：2906635
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