Stała częstotliwość fałszywych alarmów
stałego wskaźnika fałszywych alarmów ( CFAR ) odnosi się do powszechnej formy algorytmu adaptacyjnego stosowanego w systemach radarowych do wykrywania powrotów celu na tle hałasu , bałaganu i zakłóceń.
Zasada
W odbiorniku radaru powracające echo jest zwykle odbierane przez antenę , wzmacniane, konwertowane w dół do częstotliwości pośredniej , a następnie przepuszczane przez układ detektora, który wyodrębnia obwiednię sygnału, znaną jako sygnał wideo . Ten sygnał wideo jest proporcjonalny do mocy odbieranego echa. Obejmuje pożądany sygnał echa, jak również niepożądane sygnały z wewnętrznego szumu odbiornika oraz zewnętrznego bałaganu i zakłóceń . Termin wideo odnosi się do wynikowego sygnału, który jest odpowiedni do wyświetlania na lampie katodowej lub „ekranie wideo”.
Rolą obwodu stałego wskaźnika fałszywych alarmów jest określenie progu mocy, powyżej którego każdy powrót można uznać za prawdopodobnie pochodzący z celu, w przeciwieństwie do jednego z fałszywych źródeł. Jeśli próg ten będzie zbyt niski, wykrytych zostanie więcej rzeczywistych celów, ale kosztem zwiększonej liczby fałszywych alarmów. I odwrotnie, mniej celów zostanie wykrytych, jeśli próg jest zbyt wysoki, ale liczba fałszywych alarmów będzie również niska. W większości detektorów radarowych próg jest ustawiony tak, aby osiągnąć wymagane prawdopodobieństwo fałszywego alarmu (odpowiednik częstości fałszywych alarmów lub czasu między fałszywymi alarmami).
Załóżmy, że tło, na którym mają być wykrywane cele, jest stałe w czasie i przestrzeni. W takim przypadku można wybrać stały poziom progowy, który zapewnia określone prawdopodobieństwo fałszywego alarmu, regulowane przez funkcję gęstości prawdopodobieństwa szumu, którą zwykle przyjmuje się jako Gaussowską . Prawdopodobieństwo wykrycia jest wtedy funkcją stosunku sygnału do szumu powrotu celu. Jednak w większości systemów terenowych niepożądany bałagan i źródła zakłóceń oznaczają, że poziom hałasu zmienia się zarówno w przestrzeni, jak iw czasie. W takim przypadku można zastosować zmienny próg, w którym poziom progu jest podnoszony i obniżany w celu utrzymania stałego prawdopodobieństwa fałszywego alarmu. Jest to znane jako ciągłe wykrywanie fałszywych alarmów (CFAR).
CFAR uśredniający komórki
Wykrywanie następuje, gdy testowana komórka przekroczy próg. W większości prostych schematów detekcji CFAR poziom progowy jest obliczany przez oszacowanie poziomu szumów tła wokół testowanej komórki (CUT). Można to znaleźć, biorąc blok komórek wokół CUT i obliczając średni poziom mocy. Komórki bezpośrednio przylegające do CUT są zwykle ignorowane, aby uniknąć zniekształcenia tego oszacowania mocą samego CUT (i określane jako „komórki ochronne”). Cel jest deklarowany jako obecny w CUT, jeśli jest większy niż wszystkie sąsiednie komórki i większy niż lokalny średni poziom mocy. Oszacowanie lokalnego poziomu mocy może czasami zostać nieznacznie zwiększone, aby uwzględnić ograniczoną wielkość próby. To proste podejście nosi nazwę CFAR uśredniającego komórki (CA-CFAR).
Inne pokrewne podejścia obliczają oddzielne średnie dla komórek po lewej i prawej stronie CUT, a następnie wykorzystują największy lub najmniejszy z tych dwóch poziomów mocy do zdefiniowania lokalnego poziomu mocy. Są one określane odpowiednio jako największy z CFAR (GO-CFAR) i najmniejszy z CFAR (LO-CFAR) i mogą poprawić wykrywanie, gdy bezpośrednio sąsiadują z obszarami bałaganu.
Zaawansowane metody CFAR
Bardziej wyrafinowane algorytmy CFAR mogą adaptacyjnie wybrać poziom progowy, biorąc pod uwagę rygorystyczne statystyki tła, w którym cele mają zostać wykryte. Jest to szczególnie powszechne w zastosowaniach nadzoru morskiego (radary), gdzie tło zakłóceń morskich jest szczególnie kolczaste i nie jest dobrze przybliżane przez dodatkowy biały szum gaussowski . Jest to trudny problem z wykrywaniem, ponieważ trudno jest odróżnić skoki spowodowane odbiciami z powierzchni morza od skoków spowodowanych prawidłowymi odbiciami, na przykład z peryskopów okrętów podwodnych . Rozkład K jest popularnym rozkładem do modelowania charakterystyki bałaganu morskiego.