СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ С ПОСТОЯННЫМ УРОВНЕМ ЛОЖНЫХ ТРЕВОГ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК G01S7/36 

Изобретения относятся к радиолокации и могут быть использованы для обнаружения сигналов на фоне помех, имеющих неизвестную мощность. В частности, для обнаружения сигналов в условиях неоднородных помех, мощность которых изменяется по дальности.

Известен способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог в условиях помех с неизвестной мощностью (Finn H.M. Adaptive detection with regulated error probabilities, RCA Review, vol.29, Dec., 1967). Суть этого способа состоит в том, что в окне из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-го элемента дальности, оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по среднему значению квадратов огибающей принятых сигналов

сравнивают квадрат огибающей в проверяемом элементе с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех , принимают решение о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если . При этом помеха в окне из N_w элементов дальности считается однородной по мощности, а необходимый уровень ложных тревог P_f обеспечивается выбором порогового коэффициента

Основной недостаток этого способа заключается в больших потерях обнаружения и низкой стабильности вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности.

Известен также способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог (Rohling H. Radar CFAR thresholding in Clutter and Multiple target situation, IEEE Trans. on AES, v.AES-19, 1983, No.4, pp.601-621). В этом способе элементы выборки квадратов огибающей принятых сигналов, полученной в окне из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-го элемента дальности, ранжируют по своей величине, выделяя величину с номером К по порядку y=(х²)^(K), оценивают мощность помех в проверяемом элементе по величине у: , где b - масштабный множитель. Решение о наличии сигнала принимают при выполнении условия где пороговый коэффициент находится из выражения для вероятности ложных тревог Здесь обозначено Г(·) - гамма-функция (М.Абрамовиц, И.Стиган, Справочник по специальным функциям. М., «Наука», 1979, 832 с.).

В данном способе обеспечивается стабильность вероятности ложных тревог не только в условиях однородных по мощности помех, но и когда участок однородности мощности помех окружает проверяемый элемент дальности, имеет большую мощность помех и протяженность в окне по дальности L≥N_w-K, что для рекомендуемых значений составляет Однако, если на участке однородности мощность помех меньше, чем в остальных элементах окна, то при имеют место значительные потери обнаружения сигнала. В целом, при любых значениях К невозможно одновременно обеспечить стабильность вероятности ложных тревог и низкие потери обнаружения сигнала при разных положениях и длительности участка однородности мощности помехи в окне дальности, что является недостатком этого способа.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, известный из (Hansen V.G. Constant false alarm rate processing in search radar, IEE (London) Conference Publ. 105, Radar: Present and Future, Oct. 23-25, 1973, pp.325-332). В этом способе разбивают окно дальности на сегменты, до и после проверяемого элемента дальности, оценивают мощность помех в первом сегменте дальности оценивают мощность помех во втором сегменте дальности оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по большей из указанных оценок , принимают решение о наличии сигнала при выполнении условия . В этом случае стабильность вероятности ложных тревог обеспечивается не только в условиях однородных по мощности помех, но и при некоторых значениях параметров участка однородности мощности помех в окне по дальности. Например, на «кромках» помехи, когда параметр протяженности однородного участка а параметр задержки однородного участка относительно начала окна T=0 или

При этом мощность помехи на однородном участке имеет больший уровень по сравнению с остальными элементами окна. Это происходит за счет того, что для оценки выбирается сегмент окна с большим уровнем мощности помехи Р=max(P₁,P₂), соответствующем мощности помех в проверяемом элементе дальности P_k=Р.

Недостаток наиболее близкого способа состоит в больших потерях обнаружения и низкой стабильности вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности, имеющем различные значения параметров положения и протяженности. Например, если мощность помехи , на симметричном относительно проверяемого элемента участке однородности протяженностью в L_w элементов превышает мощность помех в остальных элементах окна, то среднее значение оценки мощности помех в прототипе будет равно величине которая меньше мощности помехи в проверяемом элементе дальности . Низкий уровень оценки мощности, в свою очередь, приводит к увеличению вероятности ложных тревог относительно номинального уровня. В то же время, если, наоборот, то среднее значение оценки мощности помех будет превышать требуемый уровень, что приведет к потерям обнаружения сигнала L_d.

Техническим результатом (решаемой задачей) изобретений является устранение названного недостатка, а именно получение низких потерь обнаружения и высокой стабильности вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности, имеющем различные значения параметров положения и протяженности.

Технический результат (решаемая задача) в предлагаемом способе по варианту 1 достигается тем, что в известном способе обнаружения сигналов, включающем разбиение на сегменты окна из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-го элемента дальности, оценку мощности помех в каждом из сегментов, оценку мощности помех в проверяемом элементе дальности , сравнение квадрата огибающей в проверяемом элементе с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех , принятие решения о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если выполняется условие: , согласно изобретению после разбиения окна на N сегментов, выделяют участки окна протяженностью L от 1 до N, задержанные относительно начала окна на Т сегментов, где значения Т задаются таким образом, чтобы участок окна охватывал проверяемый на наличие сигнала k-й элемент дальности в соответствии с формулой:

где n - число элементов дальности в одном сегменте,

для каждого участка окна с параметрами (L,T) оценивают коэффициент однородности мощности помехи ρ(L,T), принимают решение об однородности участка окна, если выполняется условие:

где порог C_n (L) зависит от протяженности участка окна L,

из всех участков окна, признанных однородными, выбирают участок наибольшей протяженности L_m, из нескольких однородных участков окна с разной задержкой выбирают участок с задержкой T_m, имеющий максимальное значение коэффициента однородности , оценивают упомянутую мощность помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности по формуле;

при этом пороговый коэффициент изменяют в зависимости от протяженности однородного участка L_m и вероятности ложных тревог P_f в соответствии с формулой:

Технический результат (решаемая задача) достигается также тем, что коэффициент однородности мощности помех оценивают в соответствии с формулой:

где - оценка мощности помех в j-ом сегменте окна.

Новыми существенными признаками предлагаемого способа по варианту 1 являются следующие:

- выделение участков окна протяженностью L от 1 до числа сегментов в окне N, задержанных относительно начала окна на Т сегментов, где значения Т задаются формулой (1);

- для каждого участка окна с параметрами (L,T) производится оценка коэффициента однородности мощности помехи;

- принятие решений об однородности участков окна в соответствии с формулой (2), с учетом зависимости порога от протяженности участка окна;

- выбор из однородных участка наибольшей протяженности L_m, среди однородных участков с разной задержкой выбор участка с задержкой T_m, имеющего максимальное значение коэффициента однородности ;

- оценка мощности помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности с параметрами (L_m, T_m) по формуле (3);

- изменение порога обнаружения в зависимости от протяженности однородного участка L_m и вероятности ложных тревог P_f по формуле (4).

Применение всех новых признаков вместе с признаками прототипа позволит получить низкие потери обнаружения и высокую стабильность вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности, имеющем различные значения параметров положения и протяженности. Указанный технический результат достигается за счет оценки коэффициентов однородности мощности помех на выделенных участках окна дальности, выбора наиболее однородного участка максимальной протяженности, оценки мощности помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности, что исключает ошибки, связанные с попаданием в оценку неоднородных по мощности сигналов. Изменение порога обнаружения в зависимости от протяженности однородного участка L_m позволяет сохранить требуемый уровень ложных тревог в условиях разных значений параметров однородности помех.

Технический результат (решаемая задача) в предлагаемом способе по варианту 2 достигается тем, что в известном способе обнаружения сигналов, включающем разбиение на сегменты окна из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-то элемента дальности, оценку мощности помех в каждом из сегментов, оценку мощности помех в проверяемом элементе дальности , сравнение квадрата огибающей в проверяемом элементе с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех , принятие решения о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если выполняется условие: , согласно изобретению после разбиения окна на сегменты выделяют центральный сегмент окна, охватывающий проверяемый на наличие сигнала элемент дальности или один из ближайших к нему, с номером для нечетного числа сегментов в окне N или один из сегментов с номерами для четных N, образуют (N-1) пару сегментов, один из которых центральный, с номерами (j,h), j=1,…,h-1,h+1,…,N, принимают решение об однородности мощности помех в каждой из пар по критерию:

где C_n - порог критерия однородности,

в случае принятия решения об однородности присваивают единичный признак I_j=1 j-му сегменту дальности, в случае принятия решения о неоднородности присваивают j-му сегменту дальности нулевой признак I_j=0, производят выбор максимальной длины участка дальности, охватывающего центральный сегмент и состоящего только из единичных признаков однородности, оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности с параметрами (L_m, T_m) по формуле:

где T_m - задержка участка, имеющего максимальную длительность,

при этом порог обнаружения изменяют в зависимости от протяженности однородного участка L_m и вероятности ложных тревог P_f в соответствии с формулой:

Новыми существенными признаками предлагаемого способа по варианту 2 являются следующие:

- выделение центрального сегмента окна, охватывающего проверяемый на наличие сигнала элемент дальности или один из ближайших к нему, с номером для нечетного числа сегментов в окне N или один из сегментов с 2 номерами для четных N;

- образование (N-1) пары сегментов, один из которых центральный, с номерами (j,h),j=1,…,h-1,h+1,…,N, принятие решений об однородности мощности помех в каждой из пар по критерию (6), при выполнении (6) единичный признака I_j=1 присваивается j-му сегменту дальности, если условие (6) не выполняется, то j-му сегменту дальности присваивается нулевой признак I_j=0;

- выбор максимальной длины участка дальности, охватывающего центральный сегмент и состоящего только из единичных признаков однородности пар I_j;

- оценка мощности помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности с параметрами (L_m, T_m,) по формуле (7);

- изменение порога обнаружения в зависимости от протяженности однородного участка L_m и вероятности ложных тревог P_f по формуле (8).

Применение всех новых признаков вместе с признаками прототипа позволит получить низкие потери обнаружения и высокую стабильность вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности, имеющем различные значения параметров положения и протяженности. Указанный технический результат достигается за счет проверки однородности мощности помех в центральном сегменте дальности, мощность помех в котором идентична мощности помех в проверяемом элементе, и остальных сегментах окна, выбора максимальной длины участка дальности, содержащего только однородные с центральным сегменты, оценки мощности помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности, что исключает ошибки, связанные с попаданием в оценку неоднородных по мощности сигналов. Изменение порога обнаружения в зависимости от протяженности однородного участка L_m позволяет сохранить требуемый уровень ложных тревог в условиях разных значений параметров однородности помех.

Технический результат (решаемая задача) в предлагаемом способе по варианту 3 достигается тем, что в известном способе обнаружения сигналов, включающем разбиение на сегменты окна из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-го элемента дальности, оценку мощности помех в каждом из сегментов, оценку мощности помех в проверяемом элементе дальности , сравнение квадрата огибающей в проверяемом элементе с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех , принятие решения о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если выполняется условие: , согласно изобретению после разбиения окна на сегменты выделяют центральный сегмент окна, охватывающий проверяемый на наличие сигнала элемент дальности или один из ближайших к нему, с номером для нечетного числа сегментов в окне N или один из сегментов с номерами для четных N, оценки мощности помех в сегментах дальности ранжируют по своей величине, определяя ранг R оценки в центральном сегменте окна , оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех в центральном сегменте, выбирают пороговый коэффициент в зависимости от ранга R оценки и вероятности ложных тревог P_f.

Новыми существенными признаками предлагаемого способа по варианту 3 являются следующие:

- выделение центрального сегмента окна, охватывающего проверяемый на наличие сигнала элемент дальности или один из ближайших к нему, с номером для нечетного числа сегментов в окне N или один из сегментов с номерами для четных N;

- ранжирование оценок мощности помех в сегментах дальности по своей величине с определением ранга R оценки в центральном сегменте окна ;

- оценка мощности помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех в центральном сегменте;

- выбор порогового коэффициента в зависимости от ранга R оценки , и вероятности ложных тревог P_f.

Применение всех новых признаков вместе с признаками прототипа позволит получить низкие потери обнаружения и высокую стабильность вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности, имеющем различные значения параметров положения и протяженности. Указанный технический результат достигается за счет оценки мощности помех в проверяемом элементе дальности по оценке в центральном сегменте окна , мощность помех в котором идентична P_k, использовании информации в остальных сегментах окна только для определения ранга оценки , что позволяет уменьшить влияние на оценку сегментов дальности, в которые попали неоднородные по мощности сигналы. Изменение порога обнаружения в зависимости от ранга R оценки позволяет сохранить требуемый уровень ложных тревог при разных значениях R.

Изобретения поясняются чертежами:

- Фиг.1. Структурная схема устройства при реализации предлагаемого способа обнаружения сигналов по вариантам 1, 2.

- Фиг.2. Структурная схема блока оценки параметров однородного участка окна в предлагаемом способе обнаружения сигналов по варианту 1.

- Фиг.3. Структурная схема блока оценки параметров однородного участка окна в предлагаемом способе обнаружения сигналов по варианту 2.

- Фиг.4. Структурная схема устройства при реализации предлагаемого способа обнаружения сигналов по варианту 3.

- Фиг.5. Зависимости вероятности ложных тревог P_f от мощности неоднородности типа симметричный «импульс» Р(dB) - способ по варианту 1.

- Фиг.6. Зависимости вероятности ложных тревог P_f от мощности неоднородности типа «кромка» Р(dB) - способ по варианту 1.

- Фиг.7. Зависимости потерь обнаружения от мощности неоднородности типа смещенный от центрального сегмента «импульс» Р(dB) - способ по варианту 1.

Техническая реализация предлагаемого способа обнаружения сигналов по варианту 1 возможна на основе устройства, показанного на Фиг.1, Фиг.2. Устройство на Фиг.1 содержит квадратор 1, вход которого является входом устройства, блок задержки на интервалов дискретизации 2, n - отводный регистр 3, n - входовый сумматор 4, два умножителя 5, N - отводный регистр 6, блок оценки параметров однородного участка окна 7, блок памяти пороговых коэффициентов 8, пороговое устройство 9, выход которого является выходом устройства.

Техническая реализация блока оценки параметров однородного участка окна 7 на Фиг.1 возможна в виде устройства, представленного на Фиг.2. Устройство содержит блок памяти параметров участка окна (L,T) 10, мультиплексор N на L каналов 11, N входов которого являются входами устройства, два L - входовых сумматора 12, L - входовый логарифмический преобразователь 13, логарифмический преобразователь 18, два делителя на масштабный коэффициент L 14, вычислитель разности 15, схему сравнения 16, два регистра 17, блок памяти порогов критерия однородности C_n(L) 19, пороговое устройство 9, первый мультиплексор 20, выход которого является первым выходом устройства, второй мультиплексор 20, выход которого является вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. На квадратор 1 поступают отсчеты огибающей x_i с выхода приемного устройства РЛС. С выхода квадратора 1 отсчеты поступают на блок 2, где задерживаются на время оценки мощности помех в проверяемом элементе дальности. Одновременно отсчеты x² _i с выхода квадратора 1 подаются на оценщик мощности помех в сегментах дальности, состоящий из регистра 3, сумматора 4 и умножителя 5. В оценщике выполняются операции, включающие в себя формирование n отсчетов сегмента дальности в отводах регистра 3, суммирование этих отсчетов в блоке 4 и умножение сигнала с выхода сумматора 4 на масштабный коэффициент в блоке 5. Оценки мощности помех в сегментах дальности с выхода первого умножителя 5 подаются на регистр 6, с отводов которого считывается выборка из N оценок (j=1,…,N), в окне дальности. Далее в блоке 7 по выборке оценивают параметры однородного участка дальности, имеющего максимальную протяженность и охватывающего проверяемый отсчет , считываемый с выхода блока 2. В блоке 7 выполняются операции, описываемые формулами (2, 3, 5), пример реализации этого блока дается ниже. С первого выхода блока 7 значение параметра протяженности однородного участка дальности подается на блок памяти 8, где хранятся заранее рассчитанные по формуле (4) значения пороговых коэффициентов. Величина порога C(L_m), соответствующая протяженности однородного участка L_m, умножается в блоке 5 на оценку мощности помех на однородном участке дальности , которая подается на второй вход второго умножителя 5 со второго выхода блока оценки параметров однородного участка окна 7. С выхода второго умножителя 5 произведение оценки мощности помех на пороговый коэффициент поступает на второй вход порогового устройства 9, где сравнивается с мощностью сигнала в проверяемом элементе дальности , подающейся на первый вход блока 9 с выхода блока задержки 2. В пороговом устройстве 9 выполняется операция принятия решения о наличии сигнала в проверяемом элементе дальности.

Устройство, реализующее блок оценки параметров однородного участка окна 7, работает следующим образом. Из блока памяти 10 в каждом такте работы устройства извлекаются пары чисел (L,T), задающих параметры участка окна, на котором проверяется однородность мощности помех. Причем числа считываются в порядке уменьшения параметра протяженности участка L, а для каждого L считываются по очереди значения параметра задержки Т, удовлетворяющие условию (1). Числа (L,T) подаются на входы мультиплексора 11, передавая на его выход часть входных сигналов, соответствующую анализируемому участку дальности. Далее из этих сигналов с помощью первого сумматора 12 и первого делителя на L 14 формируется оценка мощности помех на анализируемом участке дальности. Одновременно выполняется логарифмическое преобразование оценок мощности в блоке 13, суммирование полученных величин в блоке 12 и деление во втором блоке 14 на масштабный коэффициент L. Таким образом, формируется логарифмическое среднее оценок мощности в сегментах дальности анализируемого участка. Оценка мощности помех с выхода первого делителя 14 подается на логарифмический преобразователь 18 и далее на второй вход вычислителя разности 15, на первый вход которого поступает логарифмическое среднее оценок мощности с выхода второго делителя 14. На выходе вычислителя разности 15 формируется логарифм коэффициента однородности мощности помех log(ρ(L,r)), где ρ(L,T). Значения log(ρ(L,T)) подаются на схему выделения максимума, состоящую из схемы сравнения 16 и второго регистра 17, причем в начале обработки каждого нового числа L регистры 17 обнуляются. Если сигнал на первом входе схемы сравнения 16 превышает записанный во второй регистр 17 сигнал на втором ее входе, то на выходе схемы сравнения 16 формируется единичный сигнал, разрешающий запись во второй регистр 17 информации с первого входа схемы сравнения 16 и одновременно запись в первый регистр 17 оценки мощности помех на анализируемом участке дальности. Таким образом, за несколько тактов работы устройства, число которых равно числу задержек Т для текущего значения L, во втором регистре 17 оказывается записанной величина , а в первом регистре 17 оценка мощности помех на участке дальности с задержкой T_m, соответствующей максимальному по Т значению коэффициента однородности. Затем величина с выхода второго регистра 17 подается на первый вход порогового устройства 9, второй вход которого соединен с выходом блока памяти порогов критерия однородности 19, из которого считывается величина log(C_n(L)), соответствующая значению протяженности участка дальности L, величина которой подается на вход блока 19. Сигнал с выхода порогового устройства 9 принимает единичное значение, если, в соответствии с выражением (2), выносится решение об однородности участка дальности с параметрами (L,T_m). В этом случае поступающий на управляющие входы первого и второго мультиплексоров 20, сигнал с выхода блока 9, открывает, соответственно, прохождение на их выходы оценки мощности , записанной в первый регистр 17, и значения протяженности однородного участка дальности L_m=L, которое является максимально возможным, так как из блока 10 значения параметра L считываются в порядке убывания.

Способ обнаружения сигналов по варианту 2 может быть реализован в виде устройства, показанного на Фиг.1, в котором блок оценки параметров однородного участка окна 7 реализован в виде устройства, представленного на Фиг.3. Устройство на Фиг.3 содержит N блоков сравнения 21, первые входы которых являются входами устройства, блок памяти параметров участка окна (L,T) 10, два мультиплексора N на L каналов 11, два L - входовых сумматора 12, блок совпадения 22, делитель на масштабный коэффициент L 14, два мультиплексора 20, выходы которых являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом. Оценки мощности помех в сегментах дальности окна подаются на входы второго мультиплексора 11 и первые входы N блоков сравнения 21, на вторые входы которых подается оценка мощности помех в центральном сегменте окна . В блоках 21 производится сравнение оценок мощности помех по формуле (6), в результате чего на выходе j-го блока формируется единичный сигнал I_j при выполнении условия . Сигналы с выходов блоков сравнения 21 подаются на входы первого мультиплексора 11. Из блока памяти 10 в каждом такте работы устройства извлекаются пары чисел (L,T), задающих параметры участка окна, на котором проверяется однородность мощности помех. Причем числа считываются в порядке уменьшения параметра протяженности участка L, а для каждого L считываются по очереди значения параметра задержки T, удовлетворяющие условию (1). Числа (L,T) подаются на управляющие входы мультиплексоров 11, передавая на их выходы часть - и - входных сигналов, соответствующую анализируемому участку дальности, С помощью второго сумматора 12 и делителя на масштабный коэффициент L 14 определяется среднее значение мощности помех на анализируемом участке дальности (L,T). Сумма значений признаков однородности пар участков I_j на участке дальности с выбранными параметрами (L,T) вычисляется первым блоком 12 и подается на блок 22 проверки совпадения с числом L. Единичный сигнал совпадения с выхода блока 22 фиксирует то, что найден однородный участок окна и разрешает прохождение сигналов , L_m, соответственно, на выходы мультиплексоров 20. Найденное значение протяженности однородного участка дальности L_m=L является максимально возможным, так как из блока 10 значения параметра L считываются в порядке убывания.

Техническая реализация предлагаемого способа обнаружения сигналов по варианту 3 возможна на основе устройства, показанного на Фиг.4. Устройство содержит квадратор 1, вход которого является входом устройства, блок задержки на интервалов дискретизации 2, n - отводный регистр 3, n - входовый сумматор 4, два умножителя 5, N - отводный регистр 6, блок ранжирования 23, блок памяти пороговых коэффициентов 24, пороговое устройство 9, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. На квадратор 1 поступают отсчеты огибающей x_i с выхода приемного устройства РЛС. С выхода квадратора 1 отсчеты поступают на блок 2, где задерживаются на время оценки мощности помех в проверяемом элементе дальности. Одновременно отсчеты с выхода квадратора 1 подаются на оценщик мощности помех в сегментах дальности, состоящий из регистра 3, сумматора 4 и первого умножителя 5. В оценщике мощности помех выполняются операции, включающие в себя формирование n отсчетов сегмента дальности в отводах регистра 3, суммирование этих отсчетов в блоке 4 и умножение сигнала с выхода сумматора 4 на масштабный коэффициент в блоке 5. Оценки мощности помех в сегментах дальности с выхода первого умножителя 5 подаются на регистр 6, с отводов которого считывается выборка из N оценок (j=1,…,N) в окне дальности. Далее в блоке 23 оценки мощности помех в сегментах дальности ранжируются по своей величине , причем определяется ранг R оценки в центральном сегменте дальности, для чего находится оценка, удовлетворяющая условию . С выхода блока памяти 24 на второй вход второго умножителя 5 подается величина порогового коэффициента C(R), соответствующая рангу R оценки в центральном сегменте дальности, который поступает на вход блока 24. На выходе второго блока 5 формируется результат умножения оценки мощности в центральном сегменте дальности , поступающей на первый вход второго умножителя 5 с отвода h регистра 6, на пороговый коэффициент C(R). С выхода второго умножителя 5 произведение оценки мощности помех на пороговый коэффициент поступает на второй вход порогового устройства 9, где сравнивается с мощностью сигнала в проверяемом элементе дальности , подающейся на первый вход блока 9 с выхода блока задержки 2. В блоке 9 выполняется операция принятия решения о наличии сигнала в проверяемом элементе дальности.

Расчеты характеристик предлагаемого способа обнаружения сигналов по варианту 1 проводились методом статистического моделирования в среде программы MatLab v.7. Параметры алгоритмов были следующими: N_w=136, n=8, вероятность ложного обнаружения неоднородности P_lo=10^-1, номинальное значение P_f=10^-6. Форма неоднородности задавалась функцией Баттерворта со следующими параметрами: мощность P_n(dB)=0…20; длительность τ=8…88; коэффициент, определяющий скорость перехода q=2…8; временное положение ; .

Первые два значения параметра Δt соответствовали модели «импульса», симметричного относительно центрального сегмента окна или смещенного на половину сегмента. Следующее значение описывает модель «кромки», а последнее - модель «импульса», в «тени» которого производится обнаружение сигнала.

Зависимости вероятности ложных тревог P_f и потерь L от мощности неоднородности Р(dB) показаны, соответственно, на Фиг.5, 6 и 7. Обозначено: 'р' - прототип, 'il' - изобретение по варианту 1, 'а1' - первый аналог изобретения, 'а2' - второй аналог изобретения. Результаты проведенных расчетов сводятся к следующему:

- аналоги изобретения в основном не обеспечивают стабильность вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна только на определенном участке окна, как это можно видеть из приведенных на Фиг.5, 6 зависимостей;

- прототип обеспечивает стабильный уровень ложных тревог P_f только при обнаружении на «кромках» помех (Фиг.6), в других условиях, как это для примера показано на Фиг.5, стабильность P_f прототипа низкая;

- предлагаемый способ обеспечивает стабильность вероятности ложных тревог в условиях, когда мощная помеха однородна на участке окна, значения параметров (L,T) которого изменяются в широком диапазоне;

- в условиях обнаружения в «тени» помехи, когда на участке однородности мощность помех ниже, чем в остальных элементах окна, потери обнаружения в аналогах изобретения и прототипе существенно выше, чем в предлагаемом способе обнаружения сигналов (Фиг.7);

- предлагаемый способ обеспечивает низкие потери обнаружения в условиях, когда помеха однородна на участке окна, значения параметров (L,T) которого изменяются в широком диапазоне, а ее мощность существенно меньше мощности помех в остальных элементах окна.

Расчеты, проведенные для изобретений по вариантам 2, 3 показали, что в них также обеспечиваются стабильность вероятности ложных тревог и низкие потери обнаружения сигналов в условиях, когда помеха однородна только на определенном участке окна, значения параметров которого могут меняться в широком диапазоне.

Таким образом, использование предлагаемых изобретений по вариантам 1, 2, 3 позволит решить одну и ту же задачу с получением одинакового технического результата, который заключается в низких потерях обнаружения и высокой стабильности вероятности ложных тревог в условиях, когда помеха однородна по мощности только на определенном участке окна дальности, имеющем различные значения параметров положения и протяженности.

Изобретения относятся к радиолокации и могут быть использованы для обнаружения сигналов на фоне помех, имеющих неизвестную мощность. В частности, для обнаружения сигналов в условиях неоднородных помех, мощность которых изменяется по дальности. Достигаемым техническим результатом изобретений является обеспечение низких потерь обнаружения и высокой стабильности вероятности ложных тревог. Для достижения указанного технического результата предложены три варианта способа обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, функционирующих каждый определенным образом и позволяющих обеспечить один и тот же технический результат в условиях, когда помеха однородна только на определенном участке окна дальности, значения параметров положения и протяженности которого могут меняться в широком диапазоне, при этом каждый из способов реализуется соответствующим устройством. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, включающий разбиение на сегменты окна из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-то элемента дальности, оценку мощности помех в каждом из сегментов, оценку мощности помех в проверяемом элементе дальности , сравнение квадрата огибающей в проверяемом элементе x² _k с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех , принятие решения о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если выполняется условие отличающийся тем, что после разбиения окна на N сегментов выделяют участки окна протяженностью L от 1 до N, задержанные относительно начала окна на Т сегментов, где значения Т задаются таким образом, чтобы участок окна охватывал проверяемый на наличие сигнала k-й элемент дальности в соответствии с формулой

где n - число элементов дальности в одном сегменте, для каждого участка окна с параметрами (L,T) оценивают коэффициент однородности мощности помехи ρ(L,T), принимают решение об однородности участка окна, если выполняется условие
ρ(L,T)>C_n(L),
где порог C_n (Z) зависит от протяженности участка окна L,
из всех участков окна, признанных однородными, выбирают участок наибольшей протяженности L_m, из нескольких однородных участков окна с разной задержкой выбирают участок с задержкой T_m, имеющий максимальное значение коэффициента однородности , оценивают упомянутую мощность помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности по формуле
,
при этом пороговый коэффициент изменяют в зависимости от протяженности однородного участка L_m и вероятности ложных тревог P_f в соответствии с формулой

2. Способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог по п.1, отличающийся тем, что коэффициент однородности мощности помех оценивают в соответствии с формулой

где - оценка мощности помех в j-м сегменте окна.

3. Способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, включающий разбиение на сегменты окна из N_w, элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-то элемента дальности, оценку мощности помех в каждом из сегментов, оценку мощности помех в проверяемом элементе дальности , сравнение квадрата огибающей в проверяемом элементе x² _k с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех , принятие решения о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если выполняется условие отличающийся тем, что после разбиения окна на сегменты выделяют центральный сегмент окна, охватывающий проверяемый на наличие сигнала элемент дальности или один из ближайших к нему, с номером для нечетного числа сегментов в окне N или один из сегментов с номерами для четных N, образуют (N-1) пару сегментов, один из которых центральный, с номерами (j,h), j=1,…,h-1,h+1,…,N, принимают решение об однородности мощности помех в каждой из пар по критерию



где C_n - порог критерия однородности, в случае принятия решения об однородности присваивают единичный признак I_j=1 j-му сегменту дальности, в случае принятия решения о неоднородности присваивают j-му сегменту дальности нулевой признак I_j=0, производят выбор максимальной длины участка дальности, охватывающего центральный сегмент и состоящего только из единичных признаков однородности, оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех на участке однородности с параметрами (L_m,T_m) по формуле
,
где T_m - задержка участка, имеющего максимальную длительность, при этом порог обнаружения изменяют в зависимости от протяженности однородного участка L_m и вероятности ложных тревог P_f в соответствии с формулой

4. Способ обнаружения сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, включающий разбиение на сегменты окна из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигнала k-то элемента дальности, оценку мощности помех в каждом из сегментов, оценку мощности помех в проверяемом элементе дальности , сравнение квадрата огибающей в проверяемом элементе x² _k, с умноженной на пороговый коэффициент С оценкой мощности помех принятие решения о наличии сигнала в k-м элементе дальности, если выполняется условие отличающийся тем, что после разбиения окна на сегменты выделяют центральный сегмент окна, охватывающий проверяемый на наличие сигнала элемент дальности или один из ближайших к нему, с номером для нечетного числа сегментов в окне N или один из сегментов с номерами для четных N, оценки мощности помех в сегментах дальности
ранжируют по своей величине, определяя ранг R оценки в центральном сегменте окна , оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по оценке мощности помех в центральном сегменте, выбирают пороговый коэффициент в зависимости от ранга R оценки и вероятности ложных тревог P_f.