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]
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 (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 изменяемый порог, при котором пороговый уровень повышается и понижается для поддержания постоянной вероятности ложной тревоги. Это известно как обнаружение постоянной частоты ложных тревог (CFAR).
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 самого 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 похожие 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. Их называют «максимальным из CFAR» (GO-CFAR) и «наименьшим из CFAR» (LO-CFAR) соответственно, и они могут улучшить обнаружение, если находятся в непосредственной близости от зон с помехами.
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 перископов подводных лодок . K -распределение — популярное распределение для моделирования характеристик морских помех.