7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.5. Xác suất báo động nhầm CFAR
Báo động nhầm là sự phát hiện mục tiêu radar sai gây ra bởi nhiễu hoặc các tín hiệu gây nhiễu khác vượt quá ngưỡng phát hiện[4]. Nói chung, nó là một dấu hiệu cho thấy sự xuất hiện của mục tiêu radar khi không có mục tiêu hợp lệ.
Tỷ lệ báo động sai (FAR) được tính theo công thức sau:
Báo động sai được tạo khi nhiễu nhiệt vượt quá mức ngưỡng cài đặt sẵn, bởi sự xuất hiện của tín hiệu giả (có thể bên trong bộ thu radar hoặc từ các nguồn bên ngoài radar) hoặc do trục trặc thiết bị.
Một cảnh báo sai có thể được biểu hiện dưới dạng một đốm sáng tạm thời trên màn hình ống tia âm cực (CRT), đầu ra bộ xử lý tín hiệu số, tín hiệu âm thanh hoặc bằng tất cả các loại phương tiện.
Nếu ngưỡng phát hiện được đặt quá cao, sẽ có rất ít báo động sai, nhưng tỷ lệ tín hiệu-nhiễu cần thiết sẽ hạn chế phát hiện các mục tiêu hợp lệ.
Nếu ngưỡng được đặt quá thấp, số lượng lớn báo động sai sẽ che giấu việc phát hiện các mục tiêu hợp lệ.
a- Ngưỡng được đặt quá cao: Xác suất phát hiện = 66% b- Ngưỡng được đặt tối ưu: Xác suất phát hiện = 83% Nhưng một báo động sai phát sinh!
Tỷ lệ báo động sai = 1/666 =
c- Ngưỡng được đặt quá thấp: một số lượng lớn báo động sai phát sinh. d- Ngưỡng được đặt biến thiên: tốc độ cảnh báo sai không đổi.
Hình 1.11: Các mức ngƣỡng khác nhau
Tốc độ báo động sai phụ thuộc vào mức độ của tất cả các can nhiễu, tán xạ gây nhiễu. Gần vị trí radar, ảnh hưởng của sự tán xạ cố định cao hơn mức nhiễu. Ở khoảng cách lớn, ảnh hưởng của mức độ nhiễu cao hơn. Điều này có nghĩa là tỷ lệ báo động sai phụ thuộc vào cự ly. Nhưng phương trình không cung cấp bất kỳ sự phụ thuộc cự ly. Để đạt được xác suất phát hiện cao hơn trong khoảng cách lớn bằng cách sử dụng mức ngưỡng thấp hơn, tốc độ cảnh báo sai sẽ tăng ở khoảng cách gần.
Tốc độ báo động sai liên tục (CFAR)
Nguyên lý mạch cho tốc độ báo động sai liên tục được mô tả lần đầu tiên vào năm 1968 bởi H. M. Finn và R. S. Johnson
Các giải pháp cho vấn đề cảnh báo sai liên quan đến việc thực hiện các sơ đồ tỷ lệ cảnh báo sai (CFAR) không đổi thay đổi ngưỡng phát hiện là một chức năng của môi trường cảm nhận. Mặc dù có một số lượng lớn các loại mạch CFAR, chúng thường dựa trên nền trung bình (đôi khi được gọi là CFAR trung bình). Sơ đồ khối đơn giản được hiển thị trong hình 1.12.
Hình 1.12: Nguyên lý CFAR
Có hai tình huống duy nhất sẽ luôn lặp lại, hoặc phát hiện chỉ là nhiễu (Giả thuyết 0) hoặc phép đo là sự kết hợp của phản hồi từ một mục tiêu hợp lệ cộng với các can nhiễu (Giả thuyết 1). Do đó, máy dò phải kiểm tra từng phép đo và chọn một trong hai giả thuyết có thể có khả năng liên quan đến tín hiệu nhất định đó. Nếu quyết định thu được ít có khả năng hơn, thì các giả thuyết chỉ áp dụng can thiệp và được tuyên bố rằng không có mục tiêu. Mặt khác, nếu phép đo phù hợp nhất với mục tiêu, một tuyên bố hiện diện mục tiêu của tọa độ sẽ được thực hiện và dự kiến sẽ xử lý thêm.
Bản chất thống kê của các tín hiệu đưa chúng ta tiếp cận vấn đề với một mô tả về hàm mật độ xác suất (pdf), sẽ đặc trưng cho việc phát hiện, có tính đến hai kết quả có thể xảy ra. Nếu tín hiệu được nghiên cứu được đặt tên là y, sẽ có hai pdf:
: pdf của tín hiệu không có sự hiện diện của mục tiêu
: pdf của tín hiệu cho sự hiện diện của một mục tiêu
Do đó, để giải quyết thách thức phát hiện cần có các mô hình giải quyết các pdf trước đó. Các thiết kế mô hình sẽ phụ thuộc vào môi trường mà radar sẽ được sử dụng và trong chính thiết kế hệ thống; do đó được chọn để trải nghiệm hiệu suất thuận lợi nhất trong phát hiện. Cụ thể, các phát hiện sẽ được duy trì bởi một số mẫu dữ liệu từ ma trận dữ liệu radar. Các xác suất tiếp theo Các khái niệm sắp xếp được mô tả vì chúng sẽ được sử dụng trong mọi thuật toán CFAR:
Xác suất phát hiện ( : Đó là xác suất mà mục tiêu được giải quyết có mặt khi nó thực sự có mặt tại tọa độ phát hiện đang nghiên cứu
Xác suất báo động nhầm : Đó là xác suất mà mục tiêu được giải quyết có mặt khi nó thực sự không xuất hiện ở tọa độ phát hiện đang nghiên cứu
Nói chung, một báo động nhầm là một quyết định phát hiện mục tiêu radar sai lầm gây ra bởi nhiễu hoặc các tín hiệu gây nhiễu khác vượt quá ngưỡng phát hiện. Nói chung, nó là một dấu hiệu cho thấy sự hiện diện của mục tiêu radar khi không có mục tiêu hợp lệ.
Khi các tham số cần thiết được xác định, để đưa ra quyết định cần có quy tắc. Kết quả quyết định sẽ dựa trên quy tắc này. Trong radar, người ta thường sử dụng một tiêu chí có tên là Neyman Pearson, theo đó, được tối đa hóa theo giới hạn của được đặt ở giá trị không đổi không nên vượt quá. Giá trị cho phép sẽ được quyết định bởi nhà thiết kế hệ thống và nó sẽ phụ thuộc vào ý nghĩa đối với hệ thống radar cụ thể đó. Thông thường, nên thấp. Xác suất phát hiện sẽ chủ yếu phụ thuộc vào SNR mục tiêu.
Cho đến nay, mô tả ở trên cho rằng mức độ tán xạ và nhiễu được biết đến và cũng không thay đổi tại mỗi thời điểm. Giả định này cho phép thiết lập một hệ thống đảm bảo xác suất cảnh báo sai chính xác và cụ thể. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, mức độ can thiệp được sử dụng là một quá trình ngẫu nhiên không gian và thời gian khác nhau, do đó sẽ không thể đoán trước được, điều này không được mong muốn. Do đó, cần có một hệ thống thích ứng sẽ hoạt động với ngưỡng biến đổi tùy thuộc vào tình huống tán xạ với dao động, cường độ và cự ly khác nhau, trong thời gian thực. Lý tưởng nhất, thuật toán sẽ thay đổi các tham số tùy thuộc vào môi trường trong thời điểm cụ thể đó để cung cấp tỷ lệ chính xác và được kiểm soát.
Ngày nay hệ thống radar có thể thực hiện thậm chí hàng trăm ngàn phát hiện mỗi giây. May mắn thay, khi phần cứng đã nâng cấp và việc xử lý trở
nên nhanh hơn, các hệ thống radar đã trở nên tự động. Phát hiện tỷ lệ cảnh báo sai liên tục (CFAR) là một nhóm các kỹ thuật được phát triển để cho phép phát hiện được đưa ra một được kiểm soát, sử dụng các tình huống thực tế và thay đổi có thể thấy trước