شماره مدرك
20926
شماره راهنما
17977
پديد آورنده
رحماني كركوندي، محمدمحسن
عنوان
بهبود عملكرد آشكارسازهاي هشدار غلط ثابت مبتني بر ميانگين هارمونيكي در كلاتر گوسي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مخابرات-سيستم
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
شانزده،135ص. : مصور،جدول،نمودار
توصيفگر ها
آشكارسازهاي با نرخ هشدار غلط ثابت (CFAR) , محيطهاي ناهمگن , اهداف تداخلي , دادههاي پرت , سلولهاي تفكيك مجاور , سلولهاي تحت آزمون , كلاتر گوسي , كلاتر غيرگوسي
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/26
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/11/27
كد ايرانداك
23205386
چكيده فارسي
در آشكارسازهاي راداري، فرآيند آشكارسازي اهداف وابستگي زيادي به دادههاي اندازهگيريشده دارد؛ به همين دليل، حضور دادههاي پرت همواره بهعنوان يك عامل مخرب عمل ميكند. ورود اين مقادير پرت و ناهنجار به الگوريتمهاي آشكارسازي، سبب انحراف آماري و افزايش كاذب آستانه تصميمگيري ميشود كه در نهايت، منجر به عدم تشخيص اهداف ميگردد. مواجهه با اين دادهها در مباحث مرتبط با آشكارسازهاي با نرخ هشدار غلط ثابت (CFAR) نيز، كه مبحثي كليدي و مهم در زمينه آشكارسازهاي راداري است، از اين قاعده مستثنا نيست. بيشتر الگوريتمهاي توسعهيافته در آشكارسازهاي هشدار غلط ثابت، بر مبناي همگن بودن محيط طراحي شدهاند؛ و همين ويژگي كافي است تا عملكرد آنها در مواجهه با محيطهايي كه آلوده به دادههاي پرت هستند، بهشدت كاهش يابد. شيوه معمول و مرسوم مورد استفاده در آشكارسازهاي با نرخ هشدار غلط ثابت، به منظور رسيدن به احتمال هشدار غلط ثابت مطلوب و دستيابي به ويژگي و خاصيت CFAR بودن به اين صورت است كه در مرحله اول ابتدا توان كلاتر و تداخل در سلول تحت آزمون با استفاده از انرژي سيگنال دريافتي در سلولهاي برد مجاور آن سلول تخمين زده ميشود. در مرحله دوم براي آشكارسازي در هر سلول تحت آزمون، انرژي آن با يك سطح آستانه وفقي مقايسه مي شود. اين آستانه وفقي ضريبي از تخمين توان كلاتر است كه از روي انرژي سلولهاي برد مجاور در مرحله اول محاسبه شد . به طور معمول، در اين دسته از آشكارسازها، فرض بر اين است كه دادههاي سلولهاي تفكيك مجاور، داراي توزيع آماري مشابه با كلاتر در دادههاي تحت آزمون هستند؛ فرضي كه به طور نظري و دقيق، معادل يك محيط همگن است. اما همواره اين فرض، با يكسان نبودن آماره كلاتر سلولهاي مجاور و سلول تحت آزمون، و همچنين وجود چالشهايي از جمله لبه كلاتر، اهداف تداخلي واختلال الكترومغناطيسي كه همگي منجر به ايجاد دادههاي پرت و ناهمگني محيط ميشوند،نقض ميشود. بر همين مبنا، بسياري از پژوهشها در تلاش هستند تا با معرفي الگوريتمهايي مقاوم در برابر دادههاي پرت، عملكرد آشكارسازها را بهبود بخشند. اما بسياري از اين آشكارسازهاي مقاوم، بهمنظور شناسايي و حذف دادههاي پرت، از روشهاي مبتني بر مرتبسازي دادههاي موجود در پنجره مرجع بهره ميبرند. اگرچه اين رويكرد ميتواند در جداسازي دادههاي ناهمگون مؤثر باشد، اما فرآيند مرتبسازي كه نيازمند مقايسههاي مكرر بين نمونههاي داده است، منجر به افزايش پيچيدگي محاسباتي ميشود. اين افزايش پيچيدگي، بهويژه در كاربردهايي كه سرعت پردازش سريع يك پارامتر مهم است، يك محدوديت جدي محسوب ميشود. نوآوريهاي اين پاياننامه در دوگام مطرح شدهاند. در گام نخست، يك رويكرد ابتكاري با هدف كاهش پيچيدگي محاسباتي فرآيند مرتبسازي دادهها در آشكارساز «سانسور هارمونيك»، ارائه شده است. ويژگي برجستهي اين رويكرد، قابليت تعميم و بهكارگيري آن در كليهي آشكارسازهاي مبتني بر مرتبسازي داده ميباشد. سپس عملكرد آشكارسازهاي پيشنهادي را علاوه بر كلاتر گوسي، در كلاتر غيرگوسي كه شامل حالتهايي با توزيع دمسنگين ميشود را نيز با در نظر گرفتن دو شيوه متفاوت، به بحث خواهيم گذاشت. در ادامه عملكرد آشكارسازهاي پيشنهادي را با آشكارساز دو پارامتري مختص به كلاتر غيرگوسي كه ساختاري پيچيده دارد مقايسه ميكنيم و برتري آن را نشان ميدهيم. در گام دوم به عنوان بخش پاياني اين پاياننامه، تلاشي مؤثر با در نظر گرفتن ويژگيهايي چون سرعت، كارايي و پرهيز از پيچيدگي بيش از حد كه براي طراحي يك الگوريتم ضرورياند، صورت پذيرفته است تا آشكارسازي جديد مبتني بر Norm-P معرفي شود كه توانايي كنترل و كاهش اثرات دادههاي پرت را داشته باشد. در انتها برتري الگوريتم پيشنهادي را در مقايسه با شيوه قبلي، با استفاده از معيارهاي ارزيابي استاندارد،مورد بحث قرار خواهيم داد.
چكيده انگليسي
In radar detectors, the target detection process relies on measured data, but the presence of outliers in these observations always acts as a destructive factor. The entry of these outlier and anomalous values into detection algorithms causes statistical deviation and a false increase in the decision threshold, which ultimately leads to the failure to detect targets. Dealing with this data in contexts related to Constant False Alarm Rate (CFAR) detectors, which is a key and critical topic in the field of radar detectors, is no exception to this rule. Most algorithms developed in constant false alarm rate detectors are designed based on the homogeneity of the environment; this characteristic alone is sufficient to cause their performance to drastically degrade when facing environments contaminated with outliers. The conventional method employed in constant false alarm rate detectors to achieve a desired constant false alarm probability and attain the CFAR property operates as follows: In the first stage, the power of clutter and interference in reference cells is estimated using the energy of the received signal in the radar range cells. In the second stage, to detect targets in each Cell Under Test (CUT), its energy is compared with an adaptive threshold level. This adaptive threshold is a scaling factor of the clutter and interference power estimate calculated from the energy of adjacent range cells in the first stage. Typically, in this class of detectors, it is assumed that the data in adjacent resolution cells possesses a statistical distribution similar to the clutter in the data under test; an assumption that is theoretically and precisely equivalent to a homogeneous environment. However, this assumption is consistently violated by the non-identical clutter statistics of adjacent cells and the cell under test, as well as by the presence of challenges such as clutter edges, interfering targets, and electromagnetic interference, all of which lead to the creation of outliers and environmental heterogeneity. On this basis, many studies strive to improve detector performance by introducing algorithms that are robust against outliers. Yet, many of these robust detectors utilize sorting-based methods on the data present in the reference window to identify and eliminate outliers. Although this approach can be effective in isolating heterogeneous data, the sorting process, which requires repetitive comparisons between data samples, leads to a significant increase in computational complexity. This increase in complexity is considered a serious limitation, especially in applications where rapid processing speed is a critical parameter. In the first step, an innovative approach aimed at reducing the computational complexity of the data sorting process in the Harmonic Censoring detector is presented. The prominent feature of this approach is its generalizability and applicability to all data-sorting-based detectors. Subsequently, we will discuss the performance of the proposed detectors not only in Gaussian clutter but also in non-Gaussian clutter, including cases with heavy-tailed distributions, considering two different methods. In the second step,as the concluding part of this thesis, a new detection method based on the Norm-P is introduced to effectively mitigate outliers while prioritizing speed and simplicity. Finally, the proposed algorithmʹs superiority over the previous method is demonstrated using standard evaluation metrics.
استاد راهنما
محمدرضا تابان
استاد داور
محمدمهدي نقش , حامد نريماني