Постоянная частота ложных тревог

Обнаружение постоянной ложной тревоги ( CFAR ) относится к распространенной форме адаптивного алгоритма , используемого в радиолокационных системах для обнаружения отраженных целей на фоне шума , помех и помех. ^[1]

Принцип

В приемнике радара отраженные эхо-сигналы обычно принимаются антенной , усиливаются, преобразуются с понижением до промежуточной частоты , а затем проходят через схему детектора, которая извлекает огибающую сигнала, известную как видеосигнал . Этот видеосигнал пропорционален мощности принятого эха. Он включает в себя полезный эхо-сигнал, а также нежелательные сигналы, возникающие из-за внутреннего шума приемника, а также внешних помех и помех . Термин « видео» относится к результирующему сигналу, подходящему для отображения на электронно-лучевой трубке или «видеоэкране».

Роль схемы постоянной частоты ложных тревог заключается в определении порога мощности, выше которого можно считать, что любой возвратный сигнал, вероятно, исходит от цели, а не от одного из ложных источников. Если этот порог слишком низок, будет обнаружено больше реальных целей, но за счет увеличения количества ложных тревог. И наоборот, если порог слишком высок, будет обнаружено меньше целей, но количество ложных тревог также будет низким. В большинстве радар-детекторов порог устанавливается для достижения необходимой вероятности ложной тревоги (что эквивалентно частоте ложных тревог или времени между ложными тревогами).

Предположим, что фон, на котором должны быть обнаружены цели, постоянен во времени и пространстве. В этом случае можно выбрать фиксированный пороговый уровень, обеспечивающий заданную вероятность ложной тревоги, определяемую функцией плотности вероятности шума, которая обычно считается гауссовой . Тогда вероятность обнаружения является функцией отношения сигнал/шум целевого отраженного сигнала. Однако в большинстве полевых систем нежелательные источники помех и помех означают, что уровень шума изменяется как в пространстве, так и во времени. В этом случае можно использовать изменяющийся порог, при котором пороговый уровень повышается и понижается для поддержания постоянной вероятности ложной тревоги. Это известно как обнаружение постоянной частоты ложных тревог (CFAR).

CFAR с усреднением ячеек

Обнаружение происходит, когда тестируемая ячейка превышает пороговое значение. В большинстве простых схем обнаружения CFAR пороговый уровень рассчитывается путем оценки уровня минимального шума вокруг тестируемой ячейки (CUT). Это можно найти, взяв блок ячеек вокруг CUT и рассчитав средний уровень мощности. Ячейки, непосредственно примыкающие к CUT, обычно игнорируются, чтобы не искажать эту оценку мощностью самой CUT (и называются «защитными ячейками»). Цель объявляется присутствующей в CUT, если она превышает все соседние ячейки и превышает локальный средний уровень мощности. Оценка местного уровня мощности иногда может быть немного увеличена, чтобы учесть ограниченный размер выборки. Этот простой подход называется CFAR с усреднением ячеек (CA-CFAR).

Другие схожие подходы рассчитывают отдельные средние значения для ячеек слева и справа от CUT, а затем используют наибольший или наименьший из этих двух уровней мощности для определения локального уровня мощности. Они называются «наибольшим из CFAR» (GO-CFAR) и «наименьшим из CFAR» (LO-CFAR) соответственно и могут улучшить обнаружение, если находятся в непосредственной близости от областей с помехами.

Сложные подходы CFAR

Более сложные алгоритмы CFAR могут адаптивно выбирать пороговый уровень, тщательно учитывая статистику фона, на котором должны быть обнаружены цели. Это особенно распространено в приложениях морского наблюдения (радарах), где фон морских помех особенно резкий и плохо аппроксимируется аддитивным белым гауссовским шумом . Это сложная проблема обнаружения, так как трудно отличить выбросы, вызванные отражениями от морской поверхности, и выбросы, вызванные действительными отражениями, например, от подводных лодок перископов . — K-распределение популярное распределение для моделирования характеристик морских помех.

См. также

Ссылки

^ Шарф, Луи Л. Статистическая обработка сигналов : обнаружение, оценка и анализ временных рядов . Эддисон Уэсли , Нью-Йорк. ISBN 0-201-19038-9 .

[ssp-1] Шарф, Луи Л. Статистическая обработка сигналов : обнаружение, оценка и анализ временных рядов . Эддисон Уэсли , Нью-Йорк. ISBN 0-201-19038-9 .

[1]