基于FPGA的二维双向CFAR处理器的设计与实现

在雷达自适应检测中,一维恒虚警率（CFAR）处理器只能在单一维度进行目标检测.因此基于一维CFAR算法提出一种在现场可编程门阵列（FPGA）上实现的二维双向CFAR处理器结构.该结构同时考虑了距离维和多普勒维的检测信息,提高了检测精确度.该处理器支持CA、GO、SO、OSCA、OSGO、OSSO等6种CFAR检测算法可选,支持参考单元数量、保护单元数量、排序值、门限因子可配置,可在多种杂波环境下应用.实验结果表明,当信噪比为12 dB时,6种检测算法检测概率均在80%以上;该处理器的最大综合时钟频率为137 MHz,使用的逻辑单元远小于FPGA资源,可以满足工程实际应用要求.      

一种高速可配置二维CFAR检测器设计实现

恒虚警率(constant false alarm rate, CFAR)检测是雷达在干扰背景下检测目标的重要自适应算法。二维CFAR算法随着参考窗口尺寸增大，运算量较大，仅靠软件实现并不能满足较高的实时性需求。文章基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)设计实现了一种兼容CA-CFAR、GO-CFAR、SO-CFAR和OS-CFAR 4种二维CFAR算法的硬件加速器，同时实现标称化因子、检测器类型、排序值K、参考窗口和保护窗口大小可配置的灵活性，对于256×2 048点距离-多谱勒矩阵(Range Doppler Matrix, RDM)数据，4种检测器均可在2.71 ms内完成检测。设计采用全流水结构，具有高实时性。     

基于排序的自动剔除Switching-CFAR检测器

针对传统恒虚警(Constant False-Alarm Rate,CFAR)检测器在非均匀噪声环境下检测性能较差的问题,本文提出了一种基于排序的自动剔除Switching-CFAR(Automatic Censoring Switching-CFAR Detector Based on Sorting,ACS-CFAR)检测器.选择参考窗中间单元为测试单元,其余单元按照幅值升序排列,根据两个分界点位置参数,选择合适的参考单元集进行背景噪声功率估计以及结合参考单元数和目标恒虚警率计算相关系数,得到最优检测门限.经过仿真对比,ACS-CFAR检测器在均匀噪声环境下检测率为98.73%,接近于单元平均恒虚警(CA-CFAR)检测器;在非均匀噪声环境下检测率为98.16%,优于可变索引恒虚警(VI-CFAR)和自动删除平均恒虚警(ACCA-CFAR)检测器,虚警率误差均控制在0.10%以内.结果表明,本文提出的ACS-CFAR检测器在均匀噪声环境以及杂波和多目标干扰环境下均具有较好的检测性能.     

一种非均匀背景下的多策略CFAR检测器

为了提高非均匀背景下的雷达目标恒虚警(CFAR)检测性能,该文基于变化指数CFAR(VI-CFAR)检测器,提出一种多策略CFAR(MS-CFAR)检测器。该检测器通过对参考窗中的杂波背景进行估计,自适应选择单元平均CFAR(CA-CFAR)、逼近CFAR(AC-CFAR)和交互式CFAR(S-CFAR)中的一种作为最优检测策略。仿真结果表明,MS-CFAR在继承了VI-CFAR优点的基础上,在均匀背景、杂波边缘和多目标干扰等背景下都表现出更好的检测性能,且具有更稳健的抗杂波边缘和抗多目标干扰性能。     

CMCAM恒虚警率检测器性能分析

分析了CMCAM恒虚警率(CFAR)检测器在杂波边缘中的性能.在斯威林Ⅱ型目标假设下给出了它在杂波边缘情形中虚警尖峰的数学解析表达式,并与经典的有序统计(OS)恒虚警率检测器进行了比较.分析结果表明在杂波边缘环境中CMCAM检测器的虚警控制能力比OS检测器有效,当r≤7时它的虚警尖峰比OS检测器的虚警尖峰要低1-2个数量级,当7相似文献   

调频连续波雷达的二维截断统计量恒虚警检测方法

针对调频连续波(FMCW)雷达在密集多目标环境中检测能力降低的问题,提出了采用右截断瑞利分布模型的二维截断统计量恒虚警(TS-CFAR)检测方法。首先对目标回波信号进行二维快速傅里叶变换(FFT)得到二维幅度谱,接着采用二维参考窗在幅度谱上滑动以剔除二维滑窗内幅度过高的参考单元,进而采用右截断瑞利分布模型描述剩余参考单元,最后采用基于最大似然估计的查表法估计门限参量并进行目标检测。与FMCW雷达常用的有序统计量恒虚警(OS-CFAR)和单元平均恒虚警(CA-CFAR)方法相比,TS-CFAR方法在密集多目标环境中检测能力更强。仿真分析表明,当参考窗内有6个干扰目标且检测概率为0.9时,TS-CFAR方法的CFAR损失比CA-CFAR方法小3dB,比OS-CFAR方法小0.8dB,而且由于在运算过程中采用了查表法,TSCFAR方法的计算量远小于OS-CFAR方法。实验结果验证了TS-CFAR方法对FMCW雷达的目标检测的有效性。     

船舶交通管理系统雷达双重自适应门限CFAR检测器设计与分析

分析了删除式恒虚警(ECA—CFAR)检测器存在的问题，提出了根据杂波强度自适应调整ECA—CFAR检测器第一门限——双重自适应门限CEAR处理方法，较好地解决了ECA—CFAR检测器由于第一门限选择不当造成的虚警概率升高和目标检测概率下降的问题．对利用计算机产生的雷达杂波和目标进行了模拟实验，实验结果表明，提出的CFAR方案在多目标环境下的检测性能优于ECA—CFAR检测器。     

一种新的基于删除平均和单元平均的恒虚警率检测器

基于删除平均(CM)和单元平均(CA)提出了一种新型的恒虚警率检测器(CMCAM—C5、CFAR)，它采用CM和CA产生局部估计，再对二者平均实现对杂波功率估计。在SwerlingⅡ型目标假设和均匀背景下，推导出了它的检测概率(Pd)、虚警概率(Pfa)和平均判决阈值(ADT)的解析表达式，并与有序统计(0S)恒虚警率(CFAR)检测器进行了比较。分析结果表明在均匀背景和多目标环境下CMCAM—CFAR检测器的性能均优于0S—CFAR检测器的性能。     

基于H-CFAR的SAR图像快速舰船目标检测

SAR舰船目标的快速、准确检测是SAR海洋业务化应用中的重要需求,文章提出了一种基于直方图恒虚警率(H-CFAR)的快速检测方法.该方法直接利用SAR图像的灰度直方图信息,并结合CFAR算法,实现了SAR舰船目标的检测;利用ASAR、TerraSAR和Radarsat-2数据对此方法进行了检验,结果表明,该方法与现有的K CFAR相比,在相同的硬件条件下,能够更快更准确地实现SAR舰船目标检测.     

可配置高速二维卷积处理器设计与Gabor滤波应用

针对具有多种大尺寸卷积内核的Gabor滤波器组,设计了可配置二维卷积处理器来实现硬件加速。该处理器利用FPGA(field programmable gate array)内部逻辑资源构建具有多级流水线的二维卷积运算单元,并通过子块分割及重组来支持任意尺寸的卷积运算。使用高级语言对其控制器编程来实现对卷积运算单元及数据流的配置,从而实现Gabor滤波。实验表明:使用EP2C70F896C6型FPGA工作在75MHz,对于120×90像素的灰度图像计算五尺度八方向Gabor滤波(最大尺寸为41×41像素,系数为复数)总耗时28.8ms。     

Architecture Design of a Variable Length Instruction Set VLIW DSP

The cost of the central register file and the size of the program code limit the scalability of very long instruction word (VLIW) processors with increasing numbers of functional units. This paper presents the architectural design of a six-way VLIW digital signal processor (DSP) with clustered register files. The architecture uses a variable length instruction set and supports dynamic instruction dispatching. The one-level memory system architecture of the processor includes 16-KB instruction and data caches and 16-KB instruction and data on-chip RAM. A compiler based on the Open64 was developed for the system. Evaluations show that the processor is suitable for high performance applications with a high code density and small program code size.     

碳氧比能谱测井中能谱及探测器响应的数值模拟

利用蒙特卡罗中子粒子(MCNP)联合输运程序,对在井几何条件下地层中碳、氧、硅、钙等元素发生非弹性散射产生的伽马射线的测量谱及不同探测器的响应进行了模拟。结果表明,同种尺寸的BGO探测器比NaI(Tl)探测器的探测效率大;在谱处理过程中BGO探测器选择光电峰和第一逃逸峰的和作为特征能窗,而NaI(Tl)探测器以光电峰和第一、第二逃逸峰的和作为特征能窗。探测效率以及伽马光子计数与源距关系的模拟结果显示,长源距探测器晶体几何体积应为短源距探测器晶体体积的8倍左右时,二者才具有相当的测量精度。此模拟结果与实验谱具有较好的一致性,这为碳氧比能谱测井的谱处理奠定了基础。     

基于DSP的雷达车辆检测器的研制

研究一种基于DSP芯片TMS320F240处理器的雷达车辆检测器.该检测器在简单的连续波上加上尖锐的定时标志,克服了连续波雷达不能测距的弱点,采用三角波调制的线性调频连续波雷达实现测距.通过在DSP中预存与各车道相应的FIR系数实现对车辆的检测,便于实时处理.选用带有外围接口如ADC,SCI(串行通信接口)的TMS320F240处理器,增加系统的集成度,减小干扰.实际运行证明,该车辆检测器对运动车辆的速度和流量的检测精度高达95%,适用于智能化的交通系统.     

基于FPGA的R-64 FFT处理器的实现

快速傅里叶变换(FFT)处理器是大多数数字信号处理和数字通信系统的关键部件.文章实现了一种4 k(4 096)点改进的R-64(基-64)FFT处理器,相对于其他 R-4的流水线结构,具有占用资源更少、控制更简单等特点.该FFT处理器采用浮点数制流水线结构,能够连续处理输入数据,对R-4处理单元的改进减少了62.5%的复数加法器;该FFT处理器基于FPGA的系统时钟能够达到89 MHz,数据吞吐量为4 096 point/46 μs.     

基于蒙特卡罗模拟方法的圆筒形固体核径迹氡探测器探测效率的研究

以²²²Rn累积浓度的测量为研究对象,采用蒙特卡罗模拟方法,研究了圆筒形固体核径迹探测器的探测效率与圆筒体高度、固体核径迹片尺寸和形状之间的关系。研究结果表明:1)当圆筒形探测器半径和固体核径迹片尺寸一定时,圆筒形探测器的固有效率、击中效率以及总探测效率均随着探测器高度的增加而减小;2)当圆筒形探测器尺寸一定时,击中效率随着圆形固体核径迹片的半径增大而减小,固有效率和总探测效率会随着固体核径迹片半径的增大而增加;3)当圆筒形探测器尺寸和固体核径迹片面积相同时,采用圆形固体核径迹片的探测器和采用方形固体核径迹片探测器的固有效率基本相同,但前者的击中效率以及总探测效率明显都高于后者。     

与初始噪声分布无关的恒虚警处理器

为提高单元平均类恒虚警 (CA- CFAR)检测的性能 ,提出一种新的与噪声初始分布无关的恒虚警处理方法 ,即 Gauss双参数恒虚警检测 (GB- CFAR)方法。其特点是根据独立同分布噪声的非相参积累结果近似 Gauss分布的特性 ,用不同的参考单元估计积累后噪声的均值和标准差 ,然后将待检测单元减去均值估计值 ,再与标准差估计值和固定门限的乘积相比较 ,从而实现恒虚警检测。结果表明 ,由于剔除积累后的噪声均值等价于剔除了部分噪声能量 ,因此提高了信噪比 ,使得检测性能明显优于传统的 CA - CFAR检测器     

化学计量学方法用于蛤青注射色谱数据重叠峰的分辨

固定窗口因子分析-直观推导演进投影法被用来将中药色谱-光谱二维数据中重叠峰的部分解析为纯组分色谱曲线和纯组分光谱曲线。在本文中,这种方法都被用来解析复方蛤青注射液色谱-光谱数据中重叠现象非常严重的一部分组分簇。通过对该方法结果的分析,提出了一种改进的新方法--扣除数量级固定窗口因子分析。     

FPGA实现高速加窗复数FFT处理器的研究

研究采用FPGA设计高速专用FFT处理器的实现方法，使处理器能对复数数据顺序进行加窗、FFT及模平方运算．本设计具有4个特点：设计实现了只用一个运算单元进行以上3种运算的方案，有效地节省了逻辑资源；采用流水方式提高了系统的处理速度，使通信、计算、存储等操作协调一致；采用块浮点算法使系统兼有定点运算速度高与浮点运算精度高的特点；采用TMS存储模式，降低了对外围电路的速度要求．该设计方法可以广泛应用于高速数字信号处理领域．     

可变窗信号趋势算法及其应用于火灾自动探测

提出了计算窗可变的趋势算法，并将该算法应用于火灾自动探测．测试结果表明，它能及时检测出标准试验火源并极大地降低了误报警率．