RU2743027C1 - Adaptive correlation-based detection method - Google Patents
Adaptive correlation-based detection method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743027C1 RU2743027C1 RU2019141461A RU2019141461A RU2743027C1 RU 2743027 C1 RU2743027 C1 RU 2743027C1 RU 2019141461 A RU2019141461 A RU 2019141461A RU 2019141461 A RU2019141461 A RU 2019141461A RU 2743027 C1 RU2743027 C1 RU 2743027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modulus
- threshold
- correlation coefficient
- estimate
- correlation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к радиотехнике, в частности, к цифровой обработке радиолокационных сигналов. Задача обнаружения коррелированных на фоне некоррелированных случайных процессов по дискретным выборкам конечного объема возникает во многих технических приложениях. Весьма актуальна, например, задача анализа помеховой обстановки, которая в простейшем случае решается путем назначения в РЛС когерентного режима работы с СДЦ в обнаруженных областях с коррелированными отражениями.The proposed method relates to radio engineering, in particular, to digital processing of radar signals. The problem of detecting correlated against the background of uncorrelated random processes using discrete samples of a finite volume arises in many technical applications. For example, the problem of analyzing the interference environment is very relevant, which in the simplest case is solved by assigning a coherent mode of operation with SDC in the detected areas with correlated reflections in the radar.
Известен способ корреляционного обнаружения [1], в котором для стабилизации ложных тревог применяется жесткое ограничение перемножаемых сигналов. Такая непараметрическая обработка вносит большие потери в обнаружение и требует использования большой выборки наблюдения. Известен способ стабилизации ложных тревог при обнаружении сигнала с помощью адаптивного порога с использованием выборки наблюдения с усреднением в скользящем окне по дальности [2]. Однако такие способы обнаружения не используют корреляционный признак и не работают при воздействии дискретных отражений.The known method of correlation detection [1], in which for the stabilization of false alarms, a strict limitation of the multiplied signals is applied. Such nonparametric processing introduces large detection losses and requires the use of a large observation sample. A known method of stabilizing false alarms when detecting a signal using an adaptive threshold using a sample of observation with averaging in a sliding window over range [2]. However, such detection methods do not use a correlation feature and do not work when exposed to discrete reflections.
Наиболее близким к предложенному способу является способ корреляционного обнаружения отраженных сигналов от дискретных отражений, когда две выборки наблюдения принятых на двух несущих частотах или в двух смежных периодах повторения перемножаются и их произведение накапливается от обзора к обзору для каждого элемента дальности и модуль накопленного произведения сравнивается с фиксированным порогом [3]. Полученная таким образом оценка модуля межчастотного или межпериодного коэффициента корреляции сравнивается с порогом, на основании чего принимается решение о наличии отраженных коррелированных сигналов от дискретных отражений. Хотя данный способ позволяет осуществлять эффективное обнаружение дискретных отражений по корреляционному признаку, тем не менее, данному способу свойственен недостаток, проявляющийся в отсутствии стабилизации ложных тревог при изменении уровня шума, на фоне которого производится обнаружение. Данный способ может рассматриваться, как прототип.The closest to the proposed method is the method of correlation detection of reflected signals from discrete reflections, when two observation samples received at two carrier frequencies or in two adjacent repetition periods are multiplied and their product is accumulated from survey to survey for each range element and the modulus of the accumulated product is compared with a fixed threshold [3]. The thus obtained estimate of the modulus of the inter-frequency or inter-period correlation coefficient is compared with a threshold, on the basis of which a decision is made on the presence of reflected correlated signals from discrete reflections. Although this method allows efficient detection of discrete reflections based on a correlation feature, nevertheless, this method has the disadvantage that it does not stabilize false alarms when the noise level changes against the background of which the detection is made. This method can be considered as a prototype.
С целью обеспечения стабилизации ложных тревог при корреляционном обнаружении предлагается способ, который включает в себя формирование оценки модуля коэффициента корреляции на основе двух выборок наблюдений, принятых на двух несущих частотах или в двух смежных периодах РЛС и сравнение этой оценки с порогом в каждом элементе дальности с присвоением при превышении этого порога в конкретном элементе дальности признака обнаружения коррелированного дискретного отражения, отличающийся тем, что с целью стабилизации ложных тревог при изменении уровня шума сравнение оценки модуля коэффициента корреляции производят с адаптивным порогом, формируемым как произведение коэффициента, определяющего вероятность ложной тревоги на суммарную оценку мощности шума на двух несущих частотах или двух смежных периодах повторения. При формировании оценок модуля коэффициента корреляции и оценок уровня шума накопление производят от обзора к обзору в каждом элементе дальности.In order to ensure the stabilization of false alarms in correlation detection, a method is proposed that includes the formation of an estimate of the modulus of the correlation coefficient based on two samples of observations received at two carrier frequencies or in two adjacent radar periods and comparing this estimate with a threshold in each range element with the assignment when this threshold is exceeded in a specific distance element of the correlated discrete reflection detection feature, characterized in that in order to stabilize false alarms when the noise level changes, the estimation of the correlation coefficient modulus is compared with an adaptive threshold formed as the product of the coefficient that determines the probability of a false alarm and the total power estimate noise at two carrier frequencies or two adjacent repetition periods. When forming the estimates of the modulus of the correlation coefficient and estimates of the noise level, the accumulation is performed from survey to survey in each element of the range.
Таким образом, предлагаемый способ раскрывает новые функциональные возможности обнаружения и классификации по корреляционному признаку дискретных отражений при стабилизации вероятности ложной тревоги. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "существенные отличия".Thus, the proposed method discloses new functionality of detection and classification according to the correlation feature of discrete reflections while stabilizing the probability of a false alarm. This allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "significant differences".
Действительно, в способе, взятом в качестве прототипа, при изменении уровня шума изменяется вероятность ложной тревоги.Indeed, in the method taken as a prototype, when the noise level changes, the probability of a false alarm changes.
Для расчета вероятности ложной тревоги для способа - прототипа воспользуемся для оценки модуля межчастотного или межпериодного коэффициента корреляции, получаемой по N межобзорным независимым накоплениям, в каждом элементе дальности следующими выражениямиTo calculate the probability of a false alarm for the prototype method, we will use the following expressions to estimate the modulus of the inter-frequency or inter-period correlation coefficient obtained from N inter-survey independent accumulations, in each range element
где - оценка модуля коэффициента корреляции, N - число накоплений по независимым выборкам. Z1 j=x1j+iy1j, Z2j=x2j+iy2j комплексные выборки сигналов на входе умножителя разнесенных по времени или частоте в виде аддитивной смеси шума и коррелированного сигнала. Квадратурные компоненты шума имеют нормальное распределение, при этом их мощность (дисперсия) равна σ2 и среднее 0.Where is the estimation of the modulus of the correlation coefficient, N is the number of accumulations for independent samples. Z1 j = x1 j + iy1 j, Z2 j = x2 j + iy2 j complex samples of signals at the input of the multiplier spaced in time or frequency as an additive mixture of noise and a correlated signal. The quadrature noise components have a normal distribution, with their power (variance) equal to σ 2 and the mean 0.
Обнаружение объектов по корреляционному признаку реализовано в способе принятом в качестве прототипа путем сравнения полученной оценки модуля коэффициента корреляции с порогом RПОР,The detection of objects by correlation is implemented in the method adopted as a prototype by comparing the obtained estimate of the modulus of the correlation coefficient with the threshold R POR ,
Покажем, что изменение мощности шума σ2 приводит к изменению вероятности ложной тревоги. Для этого применяя методику из [3] нахождения вероятности ложной тревоги F(Rnop) получимLet us show that a change in the noise power σ 2 leads to a change in the false alarm probability. For this, applying the technique from [3] for finding the probability of false alarm F (Rnop), we obtain
В данное выражение входит гамма функция Г(N), модифицированная функция Бесселя - порядка N и мощность шума σ2.This expression includes the gamma function Г (N), the modified Bessel function - of order N and noise power σ 2 .
Расчеты по этой формуле для N=4, приведенные на Фиг. 1 показывают, что даже незначительные изменения мощности шума на входе от 0 до 3 дБ приводит к заметному изменению (росту) вероятности ложной тревоги. Для верификации аналитических расчетов на графике имеются результаты и моделирования корреляционного обнаружения прототипа в MATLAB. Совпадение аналитики и моделирования (см. на Фиг. 1 Ромбики - моделирование, кружочки - аналитика соответствуют мощности шума 0 дБ и квадратики - моделирование, звездочки аналитика для мощности шума 3 дБ) подтверждает отсутствие стабильной вероятности ложной тревоги в способе прототипе. Для преодоления указанного недостатка предлагается производить дополнительно оценки мощности шума на двух несущих частотах или в двух смежных периодах, т.е. z1 и z2Calculations using this formula for N = 4 shown in FIG. 1 show that even small changes in the noise power at the input from 0 to 3 dB leads to a noticeable change (increase) in the probability of a false alarm. For verification of analytical calculations, the graph contains the results and modeling of the prototype correlation detection in MATLAB. The coincidence of analytics and modeling (see Fig. 1 Diamonds - modeling, circles - analytics correspond to noise power of 0 dB and squares - modeling, analyst stars for noise power of 3 dB) confirms the absence of a stable probability of false alarm in the prototype method. To overcome this disadvantage, it is proposed to make additional estimates of the noise power at two carrier frequencies or in two adjacent periods, i.e. z1 and z2
Суммирование оценок мощности Zs=(z1+z2) и умножение на коэффициент определяющий вероятность ложной тревоги α, позволяет сделать порог адаптивнымThe summation of the power estimates Z s = (z1 + z2) and multiplication by the coefficient determining the probability of a false alarm α, allows us to make the threshold adaptive
Считая, независимыми оценки модуля коэффициента корреляции и оценки мощности шума можно получить выражение для вероятности ложной тревоги предложенного способа.Considering that the estimates of the modulus of the correlation coefficient and the estimates of the noise power are independent, an expression for the probability of a false alarm of the proposed method can be obtained.
Считая, что оценка мощности Zs имеет распределение χ2, вероятность ложной тревоги F(α) примет видAssuming that the power estimate Z s has a distribution χ 2 , the false alarm probability F (α) takes the form
После взятия интеграла получаемAfter taking the integral, we get
где 2F1 гипергеометрическая функция. Полученное выражение говорит о главном - в нем не присутствует мощность шума σ2.where 2 F 1 hypergeometric function. The resulting expression speaks of the main thing - it does not contain the noise power σ 2 .
Дальнейший анализ производился не только аналитическим расчетом по полученной формуле, но и для верификации моделированием корреляционного обнаружения с адаптивным порогом в МАТЛАБ. Результаты аналитических расчетов и моделирования показали, что изменение уровня шума у предложенного способа не влияет на вероятность ложной тревоги (см. на Фиг. 2 ромбики - моделирование, крестики - аналитика).Further analysis was carried out not only by analytical calculation according to the obtained formula, but also for verification by modeling the correlation detection with an adaptive threshold in MATLAB. The results of analytical calculations and modeling showed that a change in the noise level of the proposed method does not affect the probability of a false alarm (see in Fig. 2, diamonds - modeling, crosses - analytics).
Предложенное адаптивное обнаружение по корреляционному признаку для сравнения с прототипом требует расчета характеристик обнаружения флюктуирующего коррелированного сигнала. Это и было сделано с помощью моделирования в системе MATLAB. На Фиг. 3 приводятся вероятности правильного обнаружения флюктуирующего сигнала с коэффициентом корреляции 0,9 для двух рассматриваемых способов соответственно, при N=4 и вероятности ложной тревоги 0,1. Показано, что эффективность в пороговом сигнале для вероятности правильного обнаружения 0,5 и вероятности ложной тревоги 0,1 несколько выше на 1,2 дБ у способа прототипа без стабилизации ложных тревог. Это своего рода плата за инвариантные свойства предложенного способа к изменениям мощности шума, обеспечивая стабилизацию вероятности ложной тревоги на выходе.The proposed adaptive detection based on the correlation feature for comparison with the prototype requires the calculation of the characteristics of detecting a fluctuating correlated signal. This was done using MATLAB simulation. FIG. 3 shows the probabilities of correct detection of a fluctuating signal with a correlation coefficient of 0.9 for the two considered methods, respectively, for N = 4 and a false alarm probability of 0.1. It is shown that the efficiency in the threshold signal for the probability of correct detection of 0.5 and the probability of false alarm 0.1 is slightly higher by 1.2 dB for the prototype method without stabilization of false alarms. This is a kind of payment for the invariant properties of the proposed method to changes in the noise power, providing stabilization of the false alarm probability at the output.
Таким образом, проведенное исследование в системе MATLAB полностью подтверждает положительный эффект от применения предложенного способа обнаружения по корреляционному признаку дискретных коррелированный отражений.Thus, the study carried out in the MATLAB system fully confirms the positive effect of the proposed method of detecting discrete correlated reflections by the correlation feature.
ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ ЗАЯВКИLIST OF SOURCES USED WHEN SUBMITTING THE APPLICATION
1. Бартенев В.Г. О распределении огибающей на выходе коррелятора с ограничением // Радиотехника. 1977. Т. 33, №3. - С. 56-59.1. Bartenev V.G. On the distribution of the envelope at the output of the correlator with limitation // Radiotekhnika. 1977. T. 33, No. 3. - S. 56-59.
2. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. - М.: Радиотехника, 2007. - С. 87-88.2. Bakulev P.A. Radar systems. - M .: Radiotekhnika, 2007 .-- S. 87-88.
3. Бартенев В.Г., Бартенев М.В. Способ нахождения вероятностных характеристик на выходе нелинейных систем // Цифровая обработка сигналов. 2013. №4 - С. 42-443. Bartenev V.G., Bartenev M.V. Method for finding probabilistic characteristics at the output of nonlinear systems // Digital signal processing. 2013.No. 4 - P. 42-44
4. Потемкин В.Г. "Справочник по MATLAB" Анализ и обработка данных. http://matlab.exponenta.ru/ml/book2/chapter8/4. Potemkin V.G. "MATLAB Reference" Data Analysis and Processing. http://matlab.exponenta.ru/ml/book2/chapter8/
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141461A RU2743027C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Adaptive correlation-based detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141461A RU2743027C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Adaptive correlation-based detection method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743027C1 true RU2743027C1 (en) | 2021-02-12 |
Family
ID=74666008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019141461A RU2743027C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Adaptive correlation-based detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743027C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2769217C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-03-29 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for radar classification of objects based on inter-frequency correlation feature |
RU2771968C1 (en) * | 2021-04-28 | 2022-05-16 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for classifying objects by inter-frequency correlation feature using binary accumulation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4742353A (en) * | 1984-07-27 | 1988-05-03 | Selenia Industrie Elettroniche Associate S.P.A. | Digital processor for radar signals which can perform adaptive suppression of clutter means of a parametric estimator |
RU2593146C1 (en) * | 2015-07-14 | 2016-07-27 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for adaptive detection of signals of moving targets on background of multicomponent passive interference |
RU2619056C2 (en) * | 2015-10-13 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Военно-воздушных сил" Министерства обороны Российской Федерации (ФГБУ "ЦНИИ ВВС Минобороны России") | Method of moving target detecting with speed and maneuverability parameters distinction |
RU2696093C1 (en) * | 2019-02-19 | 2019-07-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for adaptive identification of spectral components as belonging to signal of one radio-frequency source |
RU2704789C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-10-31 | Владимир Валентинович Родионов | Method for adaptive signal processing in survey coherent-pulse radar stations |
-
2019
- 2019-12-13 RU RU2019141461A patent/RU2743027C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4742353A (en) * | 1984-07-27 | 1988-05-03 | Selenia Industrie Elettroniche Associate S.P.A. | Digital processor for radar signals which can perform adaptive suppression of clutter means of a parametric estimator |
RU2593146C1 (en) * | 2015-07-14 | 2016-07-27 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for adaptive detection of signals of moving targets on background of multicomponent passive interference |
RU2619056C2 (en) * | 2015-10-13 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт Военно-воздушных сил" Министерства обороны Российской Федерации (ФГБУ "ЦНИИ ВВС Минобороны России") | Method of moving target detecting with speed and maneuverability parameters distinction |
RU2704789C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-10-31 | Владимир Валентинович Родионов | Method for adaptive signal processing in survey coherent-pulse radar stations |
RU2696093C1 (en) * | 2019-02-19 | 2019-07-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for adaptive identification of spectral components as belonging to signal of one radio-frequency source |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2769217C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-03-29 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for radar classification of objects based on inter-frequency correlation feature |
RU2771968C1 (en) * | 2021-04-28 | 2022-05-16 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for classifying objects by inter-frequency correlation feature using binary accumulation |
RU2776989C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-07-29 | Владимир Григорьевич Бартенев | Method for classifying objects by inter-frequency correlation feature |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kronauge et al. | Fast two-dimensional CFAR procedure | |
Debes et al. | Adaptive target detection with application to through-the-wall radar imaging | |
Siddagangaiah et al. | On the dynamics of ocean ambient noise: Two decades later | |
CN111398910A (en) | Radar signal detection method and device, electronic equipment and storage medium | |
Conan et al. | Using the trapped energy ratio for source depth discrimination with a horizontal line array: Theory and experimental results | |
Decurninge et al. | Robust Burg estimation of radar scatter matrix for autoregressive structured SIRV based on Fréchet medians | |
Aunsri et al. | Particle filtering with adaptive resampling scheme for modal frequency identification and dispersion curves estimation in ocean acoustics | |
Josso et al. | Source motion detection, estimation, and compensation for underwater acoustics inversion by wideband ambiguity lag-Doppler filtering | |
RU2743027C1 (en) | Adaptive correlation-based detection method | |
Duan et al. | Particle filter for multipath time delay tracking from correlation functions in deep water | |
Zhang et al. | Joint optimisation of transmit waveform and receive filter for cognitive radar | |
Alphonse et al. | On estimating nonlinear frequency modulated radar signals in low SNR environments | |
Birleanu et al. | A vector approach to transient signal processing | |
Leitao et al. | Acquisition in phase demodulation: application to ranging in radar/sonar systems | |
Marcillo et al. | Infrasound signal detection: re-examining the component parts that makeup detection algorithms | |
Lubeigt et al. | Band-limited impulse response estimation performance | |
US20180356494A1 (en) | Wideband ranging system | |
RU2776989C1 (en) | Method for classifying objects by inter-frequency correlation feature | |
RU2771968C1 (en) | Method for classifying objects by inter-frequency correlation feature using binary accumulation | |
Dash et al. | Time delay estimation issues for target detection and transmitter identification in multistatic radars | |
RU2563889C1 (en) | Digital radio signal detector in noise conditions with unknown intensity | |
Diamant | Computationally efficient calculations of target performance of the normalized matched filter detector for hydrocoustic signals | |
Soriano | Review of Radar Detectors With Constant False Alarm Rate | |
Rohde et al. | Maximum empirical likelihood estimation of time delay in independently and identically distributed noise | |
WO2019146055A1 (en) | Object discrimination device, object discrimination method, and object discrimination program |