Обнаружение постоянного уровня ложных тревог ( CFAR ) является распространенной формой адаптивного алгоритма , используемого в радиолокационных системах для обнаружения отраженных сигналов от целей на фоне шума , помех и помех. [1]
В радиолокационном приемнике возвращающиеся эхо-сигналы обычно принимаются антенной , усиливаются, преобразуются с понижением частоты до промежуточной частоты , а затем пропускаются через схему детектора, которая извлекает огибающую сигнала, известную как видеосигнал . Этот видеосигнал пропорционален мощности принятого эха. Он включает в себя желаемый эхо-сигнал, а также нежелательные сигналы от внутреннего шума приемника и внешних помех и помех . Термин видео относится к полученному сигналу, подходящему для отображения на электронно-лучевой трубке или «видеоэкране».
Роль схемы постоянного уровня ложных тревог заключается в определении порога мощности, выше которого любой ответ может считаться вероятно исходящим 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 требуемой вероятности ложной тревоги (эквивалентно уровню 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, который обеспечивает определенную вероятность ложной тревоги, регулируемую функцией плотности вероятности шума, которая обычно предполагается гауссовой . Тогда вероятность обнаружения является функцией отношения сигнал/шум отраженного от цели сигнала. Однако в большинстве полевых систем нежелательные помехи и источники помех означают, что уровень шума изменяется как в пространстве, так и во времени. В этом случае можно использовать изменяющийся порог, когда пороговый уровень повышается и понижается для поддержания постоянной вероятности ложной тревоги. Это известно как обнаружение с постоянной частотой ложных тревог (CFAR).
Обнаружение происходит, когда тестируемая ячейка превышает порог. В большинстве простых схем обнаружения CFAR пороговый уровень вычисляется путем оценки уровня шума вокруг тестируемой ячейки (CUT). Его можно найти, взяв блок ячеек вокруг CUT и рассчитав средний уровень мощности. Ячейки, непосредственно примыкающие к CUT, обычно игнорируются, чтобы избежать искажения этой оценки мощностью от самой CUT (и называются «охранными ячейками»). Цель объявляется присутствующей в CUT, если она больше, чем все ее соседние ячейки и больше, чем локальный средний уровень мощности. Оценка локального уровня мощности иногда может быть немного увеличена, чтобы учесть ограниченный размер выборки. Этот простой подход называется CFAR с усреднением ячеек (CA-CFAR).
Другие связанные подходы вычисляют 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 CFAR (GO-CFAR) и наименьшим CFAR (LO-CFAR) соответственно и могут улучшить обнаружение, когда они непосредственно примыкают к областям помех.
Более сложные алгоритмы CFAR могут адаптивно выбирать пороговый уровень, строго учитывая статистику фона, на котором должны быть обнаружены цели. Это особенно распространено в приложениях морского наблюдения (радарах), где фон морских помех особенно пиковый и плохо аппроксимируется аддитивным белым гауссовым шумом . Это сложная проблема обнаружения, поскольку трудно различить пики из-за отражений от морской поверхности и пики из-за действительных отражений, например, от перископов подводных лодок . K-распределение является популярным распределением для моделирования характеристик морских помех.