Taxa de alarme falso constante - Constant false alarm rate

A detecção de taxa constante de falsos alarmes ( CFAR ) refere-se a uma forma comum de algoritmo adaptativo usado em sistemas de radar para detectar retornos de alvo em um fundo de ruído , desordem e interferência.

Princípio

No receptor de radar, os ecos de retorno são normalmente recebidos pela antena , amplificados, convertidos para uma frequência intermediária e, em seguida, passados ​​por um circuito detector que extrai o envelope do sinal, conhecido como sinal de vídeo . Este sinal de vídeo é proporcional à potência do eco recebido e compreende o sinal de eco desejado, bem como os sinais indesejados de ruído interno do receptor e desordem e interferência externa . O termo vídeo se refere ao sinal resultante sendo apropriado para exibição em um tubo de raios catódicos ou "tela de vídeo".

A função do circuito de taxa de alarme falso constante é determinar o limite de potência acima do qual qualquer retorno pode ser considerado como provavelmente originado de um alvo em oposição a uma das fontes espúrias. Se este limite for muito baixo, mais alvos reais serão detectados, mas à custa de um número maior de alarmes falsos. Por outro lado, se o limite for muito alto, menos alvos serão detectados, mas o número de alarmes falsos também será baixo. Na maioria dos detectores de radar, o limite é definido para atingir a probabilidade necessária de alarme falso (ou, equivalentemente, taxa de alarme falso ou tempo entre alarmes falsos).

Se o fundo contra o qual os alvos devem ser detectados for constante com o tempo e o espaço, então um nível de limite fixo pode ser escolhido que forneça uma probabilidade especificada de alarme falso, governado pela função de densidade de probabilidade do ruído, que geralmente é assumido Gaussiano . A probabilidade de detecção é então uma função da relação sinal-ruído do retorno do alvo. No entanto, na maioria dos sistemas de campo, a desordem indesejada e as fontes de interferência significam que o nível de ruído muda tanto espacial quanto temporalmente. Nesse caso, um limite variável pode ser usado, onde o nível do limite é aumentado e diminuído para manter uma probabilidade constante de alarme falso. Isso é conhecido como detecção de taxa de alarme falso constante (CFAR).

Média de células CFAR

Taxa constante de falso alarme (CFAR). O centro é a célula em teste. As duas células adjacentes são adicionadas e multiplicadas por uma constante para estabelecer um limite. A detecção ocorre quando a célula em teste excede o limite.

Na maioria dos esquemas de detecção CFAR simples, o nível de limite é calculado estimando o nível de ruído de fundo em torno da célula em teste (CUT). Isso pode ser encontrado pegando um bloco de células ao redor do CUT e calculando o nível de potência médio. Para evitar corromper esta estimativa com a energia do próprio CUT, as células imediatamente adjacentes ao CUT são normalmente ignoradas (e referidas como "células de guarda"). Um alvo é declarado presente no CUT se for maior que todas as células adjacentes e maior que o nível de potência médio local. A estimativa do nível de poder local às vezes pode ser ligeiramente aumentada para permitir o tamanho limitado da amostra. Esta abordagem simples é chamada de célula-média CFAR (CA-CFAR).

Outras abordagens relacionadas calculam médias separadas para as células à esquerda e à direita da CUT e, em seguida, usam o maior ou o menor desses dois níveis de potência para definir o nível de potência local. Estes são referidos como CFAR de maior (GO-CFAR) e CFAR de menor (LO-CFAR), respectivamente, e podem melhorar a detecção quando imediatamente adjacentes a áreas de desordem.

Abordagens CFAR sofisticadas

Algoritmos CFAR mais sofisticados podem selecionar adaptativamente um nível de limite, levando em conta rigorosamente as estatísticas do plano de fundo em que os alvos devem ser detectados. Isso é particularmente comum em aplicações de vigilância marítima (radar), onde o fundo do mar é particularmente pontiagudo e não é bem aproximado pelo ruído branco Gaussiano aditivo . Este é um problema de detecção difícil, pois é difícil diferenciar entre picos devido aos retornos da superfície do mar e picos devido a retornos válidos de, por exemplo, periscópios submarinos . A distribuição K é uma distribuição popular para modelar as características da desordem do mar.

Veja também

Referências