توصيفگر ها :
رادار شناختي , هوش مصنوعي , آشكارسازي اهداف راداري , يادگيري ماشين , يادگيري عميق
چكيده فارسي :
رادار شناختي با استفاده از پردازش هوشمند و وفقي، قابليت تحليل و تصميمگيري خودكار را در سيستمهاي راداري ايجاد ميكند. يكي از ابزارهاي مهم براي دستيابي به اين هدف، هوش مصنوعي و بهويژه يادگيري عميق است. يادگيري عميق، بهعنوان يكي از شاخههاي هوش مصنوعي، در آشكارسازي اهداف راداري، بهويژه در شرايط نويزي و پيچيده، ميتواند نقش مهمي ايفا كند. در اين پژوهش، از دو شبكه يادگيري عميق Faster R-CNN و Yolov8n براي آشكارسازي اهداف راداري در دادههاي شبيهسازيشده استفاده شده است. عملكرد اين دو شبكه، بر روي دادههاي داراي كلاتر سفيد و رنگي بررسي شدهاست. به علت محدوديت داده، آموزش و ارزيابي با استفاده از دادههاي شبيهسازي انجام شدهاست. همچنين، براي بهبود عملكرد اين شبكهها، از روش يادگيري انتقالي بهره گرفته شده است. يادگيري انتقالي به معناي استفاده از مدلهاي پيشآموزشديده در يك مجموعه داده، براي تسريع و بهبود يادگيري در مجموعه داده جديد است. عملكرد اين شبكهها با روشهاي كلاسيك آشكارسازي CA-CFAR و OS-CFAR مقايسه شدهاست CA-CFAR و OS-CFAR كه از روشهاي پايه در آشكارسازي اهداف راداري هستند، در شرايط نويزي و با نسبت سيگنال به نويز (SNR) پايين، محدوديتهايي در دقت آشكارسازي دارند. نتايج اين پژوهش نشان داد كه شبكههاي Faster R-CNN وYOLOv8n در نسبتهاي سيگنال به كلاتر (SCR) پايين عملكرد بهتري نسبت بهCA-CFAR وOS-CFAR دارند و توانايي بيشتري در آشكارسازي اهداف با احتمال هشدار غلط پايين از خود نشان دادهاند. به عنوان مثال در حالت كلاتر رنگي و SCRهاي كمتر از -10 dB با وجود آنكه دقت روشهاي مرسوم كاهش مييابد، احتمال آشكارسازي دو شبكه مذكور در احتمال هشدار نادرست 1.5 × 10 ^ (-6)، بيشتر از 90 درصد است. اين يافتهها نشاندهندهي قابليتهاي بالقوه يادگيري عميق در بهبود كارايي سيستمهاي راداري و جايگزيني يا مكملسازي روشهاي كلاسيك است. همچنين به منظور بررسي عملكرد اين شبكهها در حالت چندهدفي، مطالعهاي بر روي تفكيكپذيري آنها انجام و نشان داده شده است كه در صورتي كه فاصله بين دو هدف بيشتر از 2 سلول باشد، در هر دو شبكه احتمال آنكه يكي از اهداف از دست برود كمتر از 30 درصد است. در نهايت، اين پژوهش بر اهميت استفاده از ابزارهاي يادگيري عميق در سيستمهاي راداري و نياز به تحقيق و توسعه بيشتر در اين حوزه تأكيد ميكند.
چكيده انگليسي :
Cognitive radar, through intelligent and adaptive processing, enables automatic analysis and decision-making capabilities within radar systems. One of the key tools for achieving this goal is artificial intelligence (AI), particularly deep learning. As a branch of AI, deep learning can play a critical role in radar target detection, especially in noisy and complex environments. In this study, two deep learning networks, Faster R-CNN and YOLOv8n, are employed for radar target detection on simulated data. The performance of these networks is evaluated on datasets containing both white and colored clutter. Due to data limitations, training and evaluation are conducted using simulated datasets. Additionally, transfer learning is used to enhance the performance of these networks. Transfer learning involves using pre-trained models on one dataset to accelerate and improve learning on a new dataset. The performance of these networks is compared with classical detection methods, namely CA-CFAR and OS-CFAR. These traditional radar target detection approaches face limitations in detection accuracy under noisy conditions and low Signal-to-Noise Ratio (SNR). The results of this study demonstrate that Faster R-CNN and YOLOv8n outperform CA-CFAR and OS-CFAR at low Signal-to-Clutter Ratios (SCR), exhibiting a superior ability to detect targets with a low false alarm probability. For instance, under colored clutter conditions and SCR values below -10 dB, while the accuracy of conventional methods declines, the detection probability of both networks exceeds 90% at a false alarm probability of 1.5 × 10^(-6). These findings underscore the potential of deep learning to improve the efficiency of radar systems and act as a replacement or complement to classical methods. Furthermore, to investigate the performance of these networks in multi-target scenarios, a study is conducted on their resolution capabilities. It is shown that when the distance between two targets exceeds 2 cells, the probability of missing one of the targets is less than 30% for both networks. In conclusion, this research highlights the importance of employing deep learning tools in radar systems and emphasizes the need for further research and development in this domain.