Les systèmes RADAR (CFAR)

بسم الله بسم الله الرحمن الرحمن الرحيمالرحيم

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIREMINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE

LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE MOHAMED KHIDER- BISKRAFACULTE DES SCIENCES ET SCIENCES DE L’INGENIEUR

DEPARTEMENT D’AUTOMATIQUE

DES DETECTEURS CA, OS et ML-CFAR

DANS UN CLUTTER DE DISTRIBUTION WEIBULL

ANALYSE DES PERFORMANCES

Proposé et dirigé par :

Latifa Abdou

Présenté par :

Achbi Med Said

Abadli A/Moutaleb

Plan du travailPlan du travail

Introduction

La détection Radar

La détection CFAR

Analyse des détecteurs CA, OS et ML-CFAR

Résultats et interprétation

Conclusion

IntroductionIntroduction

• Le radar est un dispositif opérationnel d'émission et de réception d'ondes électromagnétiques qui présente de nos jours un grand nombre d'applications.

• Dans les systèmes radar le signal de la cible est séparé du clutter inutile qui provient de la réflexion d’objets indésirables .

• Dans ce travail le clutter est supposé comme un clutter de mer représenté par une distribution Weibull et le paramètre de forme sera supposé soit connu à priori soit inconnu.

• La détection dans un environnement non homogène avec présence de clutter distribué de façon homogène pour trois types de détecteurs le CA, l’OS et le ML-CFAR.

La détection RadarLa détection Radar• DéfinitionDéfinition ::• Le mot radar est une abréviation de l’expression anglaiseLe mot radar est une abréviation de l’expression anglaise""RAdio Detection And Ranging RAdio Detection And Ranging ", qui signifie « détection ", qui signifie « détection et télémétrie par ondes radio ». et télémétrie par ondes radio ». • Le Le radarradar est un système qui utilise les ondes radio pour est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux…etc.que les avions, bateaux…etc.

• Application du RadarApplication du Radar::Domaine civileDomaine civile :: - en météorologie.- en météorologie. - contrôle de la navigation aérienne.- contrôle de la navigation aérienne.

Domaine militaireDomaine militaire :: - système de sécurité.- système de sécurité.

Cible détectée

La détection RadarLa détection Radar

• Principe de fonctionnement :Principe de fonctionnement :

La détection RadarLa détection Radar

• La cible du Radar :La cible du Radar :

Les caractéristiques principales des cibles sont :Les caractéristiques principales des cibles sont :

• La coupe radar La coupe radar ((SERSER:: Surface Équivalent Radar).Surface Équivalent Radar).• Paramètre de fluctuation.Paramètre de fluctuation.• Paramètre de trajectoire.Paramètre de trajectoire.

• L’environnement Radar :L’environnement Radar :

• Le Clutter.Le Clutter.• Les cibles interférentes.Les cibles interférentes.

La détection CFARLa détection CFAR• DéfinitionDéfinition ::• Le mot Le mot CFAR CFAR est un acronyme de l’anglais "est un acronyme de l’anglais "Constant FalseConstant False Alarm RateAlarm Rate " qui signifie: taux de fausse alarme constant " qui signifie: taux de fausse alarme constant (TFAC).(TFAC).

• Le CFAR est un modèle qui se place dans la partie traitement du Le CFAR est un modèle qui se place dans la partie traitement du signal du récepteur radar.signal du récepteur radar.

Signal reçu

Détecteur quadratique U qU q0 0 VV

1 …… N/2 N/2+1..… N

Processus CFAR

QQTT T.QT.Q Comparateur

Filtre

Décision

La détection CFARLa détection CFAR• Types des détecteurs CFAR:Types des détecteurs CFAR: CA-CFAR (CA-CFAR (Cell AvergingCell Averging) :) :

GO-CFAR GO-CFAR ((GreatestGreatest of of).). SO-CFAR SO-CFAR ((SmallestSmallest of of).).

OS-CFAR (OS-CFAR (Order Order Static'sStatic's ).).

ML-CFAR (ML-CFAR (Maximum Likelihood).Maximum Likelihood).

)(......)2()1( Nqqq )(......)2()1( Kqqq

QQCA-CFARCA-CFAR==1/N∑1/N∑qqii

QQOS-CFAROS-CFAR= = Q(Q(KK))

Maximum Maximum dede

VraisemblaVraisemblance nce

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR

• La distribution Weibull :La distribution Weibull :

0CB,0x,C

Bx

exp1C

Bx

BC

p(x)

,0

x : La variable aléatoire

B : Le paramètre d'échelle.

C : Le paramètre de forme.

Fonction densité de probabilité Weibull

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR

• Le détecteur CA-CFAR :Le détecteur CA-CFAR :

• La probabilité de fausse alarme :

NC

r

TPfa

2/

1

• Le seuil de détection :

N

iZ TqN

T1

.1

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR

NC

ow

N

CT

Pfa

2/2

1.

1

• La probabilité de fausse alarme :

• L’estimateur OW-CFAR :L’estimateur OW-CFAR :

owz TtT .

• Le seuil de détection :

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR

• Le détecteur OS-CFAR :Le détecteur OS-CFAR :

• La probabilité de fausse alarme :

1

02/

K

iCiN

iNPfa

• La probabilité de détection :

1

0 2/

1

K

i C

SiN

iNPd

1

0 2/

1

K

i C

SiN

iNPd

• Le seuil de détection :

)(. KZ zTT

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR • Le détecteur OS-CFAR estimé :Le détecteur OS-CFAR estimé :

ij

ij

XX

hhC

lnln

1lnln1lnln

L’estimateur propose deux échantillons ordonnés Xi et Xj , tel que :

jii

j

iT zzz

zzZ .1

• Le seuil de détection :

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR

• Le détecteur ML-CFAR :Le détecteur ML-CFAR :

• La probabilité de fausse alarme :

NC

NPfa

1

C

N

j

Cj

N yPfayT

/2

1

2//1 1

• Le seuil de détection :

NC

SCRNPd

1

1

• La probabilité de détection :

Analyse des détecteurs CA,OS et Analyse des détecteurs CA,OS et ML-CFARML-CFAR

• L’estimateur de ML-CFAR :L’estimateur de ML-CFAR :

N

jjN

j

Cj

N

jj

Cj

Cx

Nx

xx

1

1

1 1ln

1ln

CN

j

jC

B

x

NB

1

1

CBT /1.

• Le seuil de détection :

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur CA-CFAR pour C=1 et Pfa=10-2.

• Le détecteur CA-CFAR :Le détecteur CA-CFAR :

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur CA-CFAR pour C=1 et Pfa=10-4.

• Le détecteur CA-CFAR :Le détecteur CA-CFAR :

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur CA-CFAR pour C=1 et Pfa=10-6.

• Le détecteur CA-CFAR :Le détecteur CA-CFAR :

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur CA-CFAR :Le détecteur CA-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur CA-CFAR pour N=16 et Pfa=10-5.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur CA-CFAR :Le détecteur CA-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur CA-CFAR pour N=16 et C=2.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OW-CFAR :Le détecteur OW-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OW-CFAR pour C=1 et Pfa=10-4.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OW-CFAR :Le détecteur OW-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OW-CFAR pour C=2 et Pfa=10-4.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OW-CFAR :Le détecteur OW-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OW-CFAR pour C=3 et Pfa=10-4.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OW-CFAR :Le détecteur OW-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OW-CFAR pour N=16 et Pfa=10-5.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OW-CFAR :Le détecteur OW-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OW-CFAR pour N=16 et C=2.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Comparaison entre le CA et l’OW-CFAR :Comparaison entre le CA et l’OW-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Comparaison entre les détecteurs CA-CFAR et OW-CFAR .

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation • Le détecteur OS-CFAR :Le détecteur OS-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OS-CFAR pour Pfa=10-4.

C=1

C=3

C=2

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OS-CFAR :Le détecteur OS-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR.

N=16 et Pfa=10-5 N=16 et C=2

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OS-CFAR. C estimé pour Pfa=10-4.

C=1

C=3

C=2

• Le détecteur OS-CFAR estimé :Le détecteur OS-CFAR estimé :

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur OS-CFAR :Le détecteur OS-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR.

N=16 et Pfa=10-5 N=16 et C=2

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Comparaison entre l’OS-CFAR et l’OS-CFAR estimé:Comparaison entre l’OS-CFAR et l’OS-CFAR estimé:

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OS-CFAR dans le cas C connu et inconnu.

N=16, Pfa=10-5 et C=2.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation • Le détecteur ML-CFAR :Le détecteur ML-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du détecteur OS-CFAR pour Pfa=10-4.

C=1

C=3

C=2

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Le détecteur ML-CFAR :Le détecteur ML-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR.

N=16 et Pfa=10-5 N=16 et C=2

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• L’estimateur de ML-CFAR :L’estimateur de ML-CFAR :

La probabilité de détection en fonction du SCR.

N=16 et Pfa=10-4 N=16 et C=2

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Comparaison entre le ML-CFAR et l’estimateur ML :Comparaison entre le ML-CFAR et l’estimateur ML :

La probabilité de détection en fonction du SCR Cas du l’estimateur ML-CFAR pour N=16 , C=2 et Pfa=10-4.

Résultats et Résultats et interprétationinterprétation

• Comparaison entre le CA, OS et ML-CFAR :Comparaison entre le CA, OS et ML-CFAR :

- La probabilité de détection en fonction du SCR Cas des détecteur CA,OS et ML-CFAR pour N=16 , C=2 et Pfa=10-4

ConclusionConclusion

• Ce travail propose d’étudier et de traiter le problème de la détection CFAR dans un clutter de mer représenté par une distribution Weibull.

• Pour cela nous avons choisi d’utiliser plusieurs types de détecteurs, le CA, l’OS et le ML-CFAR, afin de déterminer la performance de chacun d’entre eux dans différentes situations.

•Ces situations ont été présentées suivant la variation du nombre de cellules, la variation de la Pfa et la variation du paramètre de forme C.

ConclusionConclusion

• Cette étude nous a permis en premier lieu de constater que le modèle de distribution Weibull qui est le plus adapté pour la représentation du clutter de mer.

• Aussi le paramètre de forme C peut présenter deux situations différentes suivant que C est connu ou inconnu.

• L'estimateur du Maximum de vraisemblance a montré une amélioration de la performance par rapport l'estimateur d’OS-CFAR et OW-CFAR.

• Tous les détecteurs présentent une meilleure performance pour une Pfa égale 10-5 et un paramètre de forme C égale 2 représentant la distribution de Rayleigh.

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