一種排序式恒虛警門(mén)限的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)，特別涉及數(shù)字信號(hào)排序方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CFAR處理技術(shù)是雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)和處理的主要技術(shù)之一，也是雷達(dá)實(shí)際實(shí)現(xiàn)中的關(guān) 鍵步驟。其中排序式恒虛警處理（OS CFAR)是諸多恒虛警處理技術(shù)中的一種。有序統(tǒng)計(jì) 量OS (order statistics)方法源于數(shù)字圖像處理的排序處理技術(shù)，它在抗干擾方面作用顯 著。在多目標(biāo)環(huán)境中，它相對(duì)于均值類(lèi)CFAR處理算法具有較好的抗干擾目標(biāo)的能力，同時(shí) 在均勻雜波背景和雜波邊緣環(huán)境中的性能下降也是適度的、可以接受的。
[0003] OS CFAR對(duì)參考單元的數(shù)據(jù){Xl，X2，…，xN}進(jìn)行排序，以形成一個(gè)以升序排列的新 數(shù)列，記為{χ⑴，X?, "·，Χ(Ν)}。排完序的第k個(gè)元素稱(chēng)為第k個(gè)有序統(tǒng)計(jì)量，第一個(gè)有序統(tǒng) 計(jì)量是最小的，第N個(gè)是最大的，而第N/2個(gè)是序列的中值。OS CFAR選取第k個(gè)有序統(tǒng)計(jì) 量的值作為干擾功率電平的估計(jì)值，并設(shè)門(mén)限為該值和一個(gè)因子的乘積，BP
[0005] 可以看出，OS CFAR處理技術(shù)的實(shí)質(zhì)是對(duì)參考單元數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，這種算法在抗目 標(biāo)干擾上有著很大的優(yōu)勢(shì)，但是其犧牲的是時(shí)間，有較大的時(shí)間延遲。因此，尋找一種低延 遲的快速排序法對(duì)OS CFAR技術(shù)顯得十分重要。
[0006] 由于OS CFAR技術(shù)的核心是對(duì)數(shù)據(jù)的排序，因此，下面我們將討論的重點(diǎn)放在排序 上，并將新型蝶形流水排序算法與經(jīng)典的冒泡排序算法進(jìn)行對(duì)比。
[0007] 傳統(tǒng)的冒泡排序算法的基本思想是：從X1開(kāi)始，兩兩比較X ;和X i+1 (i = 1，2,. .，n-1)的大小，若Xi〈xi+1 (Xi>xi+1)則交換xJP X i+1的位置。第一趟比較完畢后X "是 序列中最?。ù螅┑臄?shù)據(jù)元素。再?gòu)腦1開(kāi)始，兩兩比較xjPx1+1(i = 1，2，··，η-2)的大小， 若貝IJ交換xjP χ1+1的位置。第二趟比較完畢后χη1是序列中次?。ù螅┑?數(shù)據(jù)元素。如此反復(fù)，進(jìn)行η-1趟冒泡排序后所有待排序的η個(gè)元素排序完畢。在最壞的 情況下，冒泡排序算法總共需要：(n-1) + (η-2)+···+1 = η (η-1)/2次比較，即其延遲的時(shí)鐘 周期數(shù)為
[0009] 如圖1所示為η = 6時(shí)冒泡排序法示意圖，需要6*(6-1)/2 = 15個(gè)時(shí)鐘周期才能 得到排序結(jié)果。
[0010] 冒泡法的不足之處在于其在每一個(gè)時(shí)鐘周期只能比較"一組"數(shù)據(jù)，即兩個(gè)數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足之處提供一種快速的排序式 恒虛警門(mén)限的計(jì)算方法。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種排序式恒虛警門(mén)限的計(jì)算方法，該方法包括：
[0013] 步驟1:獲取雷達(dá)信號(hào)；
[0014] 步驟2 :選取當(dāng)前接收的雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)單元鄰近的多個(gè)數(shù)據(jù)單元，并對(duì)其進(jìn)行依 次排列；
[0015] 步驟3 :對(duì)選取的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行排序：
[0016] 步驟3. 1 :將選取的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分組，相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)單元為一組，若選取的數(shù) 據(jù)單元個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則添加一個(gè)與所有雷達(dá)信號(hào)的單元數(shù)據(jù)相比最大或最小的數(shù)據(jù)單元， 添加的數(shù)據(jù)單元的大小根據(jù)實(shí)際情況決定；
[0017] 步驟3. 2 :組內(nèi)比較兩個(gè)數(shù)據(jù)單元的大小，然后根據(jù)大小排列順序；
[0018] 步驟3. 3 :將兩個(gè)相鄰的組間數(shù)據(jù)單元進(jìn)行比較大小，并根據(jù)大小進(jìn)行數(shù)據(jù)排列， 第一個(gè)與最后一個(gè)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行大小比較，并根據(jù)大小排列順序；
[0019] 步驟3. 4 :采用步驟3. 2、3. 3的方法多次進(jìn)行數(shù)據(jù)的組內(nèi)和組間大小比較直到按 順序排列出該組數(shù)據(jù)；
[0020] 步驟4 :按順序排列后，選取第k個(gè)數(shù)據(jù)單元，乘以門(mén)限因子后，獲得當(dāng)前接收信號(hào) 數(shù)據(jù)單元的判定門(mén)限，其中k和門(mén)限因子都是根據(jù)實(shí)際情況決定。
[0021] 本發(fā)明為一種排序式恒虛警門(mén)限的計(jì)算方法，該方法首先接收雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)接收 的雷達(dá)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行選取，對(duì)選取的雷達(dá)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分組，然后分別進(jìn)行組內(nèi)比較，比較 完成后組內(nèi)調(diào)整順序，然后進(jìn)行組間比較，比較完成后將調(diào)整組間比較的兩個(gè)數(shù)據(jù)單元的 順序，按照此種方法進(jìn)行多次循環(huán)，從而按照順序排列出選取數(shù)據(jù)的順序，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，從 而本發(fā)明具有排序時(shí)間短、延遲低、節(jié)省計(jì)算資源的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為序列長(zhǎng)度η = 6時(shí)傳統(tǒng)冒泡法排序過(guò)程示意圖；
[0023] 圖2為序列長(zhǎng)度η = 6時(shí)一個(gè)基本蝶形比較處理單元示意圖；
[0024] 圖3為序列長(zhǎng)度η = 6時(shí)整個(gè)蝶形流水排序過(guò)程示意圖；
[0025] 圖4為選取若干個(gè)不同的η時(shí)冒泡法與蝶形流水排序法性能比較列表；
[0026] 圖5為η分別為偶數(shù)和奇數(shù)時(shí)冒泡法與蝶形流水排序法性能比較圖表，其中橫軸
[0027] 為序列元素個(gè)數(shù)，縱軸為傳輸延遲時(shí)鐘數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖2所示，為η = 6時(shí)一個(gè)蝶形比較處理單元，其主要包括兩級(jí)比較。如果一組 數(shù)據(jù)中包含了 η位數(shù)進(jìn)行比較，則一個(gè)蝶形比較處理單元需要η個(gè)比較器資源。
[0029] 對(duì)于有序序列并行快速排序的過(guò)程如下：
[0030] 第一、將一組數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)放入蝶形處理單元；
[0031] 第二、蝶形處理單元依次進(jìn)行兩級(jí)比較：第一級(jí)為組內(nèi)比較，共η/2組數(shù)據(jù)，若 Xu>Xl2(i = 1，2…，η/2)，則交換X11和X12的位置。將第一級(jí)并行比較結(jié)果放入第二級(jí)組間 比較，即比較相鄰組間相鄰的兩個(gè)元素大小，老
則交換X1JP X (1+1)1或X dP X W2)2的位置。一次蝶形處理完畢。
[0032] 第三、一次蝶形處理器比較完畢后，對(duì)蝶形處理器進(jìn)行流水復(fù)用處理，構(gòu)成多級(jí)蝶 形流水處理器。
[0033] 如圖3所示，共用了 3個(gè)蝶形處理單元得到了排序結(jié)果，一個(gè)蝶形處理單元消耗兩 個(gè)時(shí)鐘周期，則總共用了 5個(gè)時(shí)鐘周期，相比于冒泡排序算法，大大縮短了排序時(shí)間。為η =6時(shí)蝶形流水排序算法FPGA實(shí)現(xiàn)，其中
[0034] Clk :為系統(tǒng)時(shí)鐘，時(shí)鐘周期T = 20ns ;
[0035] reset :為系統(tǒng)重置信號(hào)，'1'時(shí)重置，'0'時(shí)正常工作；
[0036] serial_in :為系統(tǒng)串行輸入數(shù)據(jù)，此處輸入為隨機(jī)數(shù)；
[0037] sig_datain :為由串行輸入組成的并行排序序列，取最近輸入的6個(gè)數(shù)據(jù)；
[0038] sig_data01:為第一級(jí)蝶形單元組內(nèi)比較后的結(jié)果；
[0039] sig_datal2:為第一級(jí)蝶形單元組間比較后的結(jié)果；
[0040] sig_data23:為第二級(jí)蝶形單元組內(nèi)比較后的結(jié)果；
[0041] sig_data34:為第二級(jí)蝶形單元組間比較后的結(jié)果；
[0042] sig_data45:為第三級(jí)蝶形單元組內(nèi)比較后的結(jié)果；
[0043] sig_dataout:為第三級(jí)蝶形單元組間比較后的結(jié)果，即最終排序結(jié)果；
[0044] kout:為排序結(jié)束后第k(k￡(〇~丨1-1))個(gè)元素的輸出，此處選為sig_dataout(4)。
[0045] 我們隨機(jī)選擇一組數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，此處選擇t = 150ns時(shí)的序列sig_datain為：
[0046] {53} {11} {13} {19} {35} {55}
[0047] 依次觀察蝶形單元內(nèi)及各級(jí)蝶形單元排序的結(jié)果，可以看到每個(gè)時(shí)鐘都進(jìn)行了 3 組（組內(nèi)/組間）數(shù)據(jù)的排序，其變化是符合上文所述規(guī)律的。t = 270ns (第5個(gè)時(shí)鐘） 時(shí)，數(shù)列排序完畢，排序結(jié)果為此時(shí)的sig_dataout:
[0048] {11} {19} {33} {35} {53} {55}
[0049] 并在下一個(gè)時(shí)鐘輸出 sig_dataout (4) = 53。
[0050] 應(yīng)該注意到，此處其實(shí)在t = 230ns時(shí)已排序完畢，同時(shí)，也可能會(huì)出現(xiàn)后進(jìn)入蝶 形流水排序的數(shù)列比先進(jìn)入的數(shù)列更早完成排序，這取決于輸入序列的特點(diǎn)。但正如前文 所闡明的，本發(fā)明的重點(diǎn)在于解決如何快速進(jìn)行排序，至于是否判斷排序提前完成、何時(shí)輸 出、輸出哪個(gè)數(shù)據(jù)等具體問(wèn)題，隨各個(gè)項(xiàng)目工程的要求不同而不同，在這里不做規(guī)定，統(tǒng)一 選擇蝶形流水排序最后一級(jí)的數(shù)據(jù)輸出。
[0051] 因此，本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。結(jié)合本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或 結(jié)構(gòu)或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合也落在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
[0052] 盡管本發(fā)明在
【發(fā)明內(nèi)容】
和【具體實(shí)施方式】中對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該理 解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出更多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在 本申請(qǐng)公開(kāi)的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體的說(shuō)，在本申請(qǐng)公開(kāi)、附圖和權(quán)利要求的范圍 內(nèi)，可以對(duì)主題組合布局的組成部件和/或布局進(jìn)行多種變型和改進(jìn)。除了對(duì)組成部件和 /或布局進(jìn)行的變型和改進(jìn)外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其他的用途也將是明顯的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種排序式恒虛警門(mén)限的計(jì)算方法，該方法包括： 步驟1:獲取雷達(dá)信號(hào)； 步驟2 :選取當(dāng)前接收的雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)單元鄰近的多個(gè)數(shù)據(jù)單元，并對(duì)其進(jìn)行依次排 列； 步驟3 :對(duì)選取的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行排序： 步驟3. 1 :將選取的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分組，相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)單元為一組，若選取的數(shù)據(jù)單 元個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則添加一個(gè)與所有雷達(dá)信號(hào)的單元數(shù)據(jù)相比最大或最小的數(shù)據(jù)單元，添加 的數(shù)據(jù)單元的大小根據(jù)實(shí)際情況決定； 步驟3. 2 :組內(nèi)比較兩個(gè)數(shù)據(jù)單元的大小，然后根據(jù)大小排列順序； 步驟3. 3 :將兩個(gè)相鄰的組間數(shù)據(jù)單元進(jìn)行比較大小，并根據(jù)大小進(jìn)行數(shù)據(jù)排列，第一 個(gè)與最后一個(gè)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行大小比較，并根據(jù)大小排列順序； 步驟3. 4 :采用步驟3. 2、3. 3的方法多次進(jìn)行數(shù)據(jù)的組內(nèi)和組間大小比較直到按順序 排列出該組數(shù)據(jù)； 步驟4 :按順序排列后，選取第k個(gè)數(shù)據(jù)單元，乘以門(mén)限因子后，獲得當(dāng)前接收信號(hào)數(shù)據(jù) 單元的判定門(mén)限，其中k和門(mén)限因子都是根據(jù)實(shí)際情況決定。
【專(zhuān)利摘要】該發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA的低延遲蝶形流水排序法，屬于雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)，特別涉及數(shù)字信號(hào)排序技術(shù)。一個(gè)蝶形處理單元首先按元素個(gè)數(shù)為奇、偶分兩種情況對(duì)參考單元序列分組，分別進(jìn)行“組內(nèi)”及“組間”排序，然后對(duì)蝶形處理器進(jìn)行流水復(fù)用處理，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行遍歷排序，直到運(yùn)行n-1個(gè)時(shí)鐘后整個(gè)排序結(jié)束。該方法通過(guò)采用并行排序，大大提高了信號(hào)處理速度，降低了處理延遲；克服了傳統(tǒng)OS？CFAR處理犧牲太多時(shí)間的缺點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01S7/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105116380
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510493511
【發(fā)明人】周云, 趙延棟, 林杰, 周楊鵬, 于雪蓮
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月13日