内容提要

本书是关于主动声纳恒虚警（Constant False Alarm Rate，CFAR）处理技术的一部专著。全书共7章，系统地介绍了主动声纳CFAR处理的基本理论与方法，主要内容包括信号检测基本理论、经典CFAR处理、自适应CFAR处理、非高斯型CFAR处理、距离扩展目标CFAR处理以及并行分布式CFAR处理。书中包含了作者近二十年来从事CFAR处理相关科研工作的研究成果，同时采纳了散见于国内外各种文献的相关内容。

本书适用于从事声纳工程、雷达工程等专业的科技人员阅读和参考，也可以作为信号与信息处理、电子与通信工程专业研究生的参考用书。

前言

主动声纳是水下信息获取的重要手段，广泛用于鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水文测量等民用领域，以及相关军用领域，经济和军事价值巨大。进入新世纪，发展自治式潜水器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）成为海洋探测的一个主流方向，源于AUV所具有的机动性高、适应能力好、生存能力强等一系列优点。AUV的出现推动了海洋探测技术的发展，同时催生了对主动声纳自动检测技术的迫切需求，即要求所搭载的主动声纳彻底脱离人工干预，实现高可靠的全自动检测。为达到这一目的，恒虚警（Constant False Alarm Rate，CFAR）处理技术无疑是需要采用的核心技术，它使主动声纳能够克服混响、噪声等起伏干扰的影响，在对水下目标检测过程中始终保持恒定的虚警概率。

近年来，主动声纳CFAR处理技术的研究日渐活跃，创新研究成果不断涌现，尽快将这些成果分享给广大读者，并使其能够服务于我国的海洋科技事业，是作者撰写本书的动力之一。另外，目前国内外已有多部关于雷达CFAR处理技术的书籍，但尚未见到聚焦主动声纳CFAR处理的相关专著，填补这一空白是作者撰写本书的另一个动力。

全书共7章：第1章阐述主动声纳CFAR处理研究的意义、历史与现状；第2章介绍信号检测的基本理论与方法；第3章介绍经典的均值类和选序统计类CF-AR方法以及派生的组合方法；第4章介绍自适应CFAR处理的概念与方法；第5章阐述Pearson分布、K-分布和Pareto分布等非高斯混响背景下的CFAR处理问题；第6章聚焦适用于高分辨率声纳的距离扩展目标CFAR处理方法；第7章探讨如何利用多个声纳节点进行分布式融合CFAR处理。

本书涉及的相关研究工作得到了侯朝焕院士的悉心指导，同时他对本书的撰写给予了大力支持和鼓励，在此对恩师表示衷心的感谢。本书在撰写过程中得到了同事和研究生的大力支持，他们是殷超然、宿晓静、孙梦茹、魏嘉、闫林杰、王硕、王莎、王天琪、钟一宸和罗海力，在此一并表示感谢。本书得到国家自然科学基金（编号：61571434，61701489，61701490，61971412）及中国科学院声学研究所青年人才项目的资助。

限于作者的水平和经验，书中难免存在一些疏漏之处，敬请读者批评指正。

作者

2020年10月

第1章

绪论

1.1

主动声纳CFAR处理研究的意义

1.1.1

自动检测的意义

传统主动声纳进行目标检测的主要手段是采取人工判决方式，即依靠声纳员的人工判断，把接收到的回波信号幅度变化信息直接送给显控平台，由声纳员根据所显示信息判断目标是否存在。这种非自动方式对声纳员提出了较高要求，为了从混响背景中区分目标回波，声纳员要长时间监视显示器中回波距离像的变化，检测性能主要取决于声纳员的个人经验。对于大型现代声纳，需要处理的数据量非常大，可能同时要对上百个目标或干扰做出判断。而且，声纳员长时间面对这样繁忙紧张的工作极易疲劳，精力、体力上往往难以应付，很容易造成漏检和错判。