噪声和混响背景下信号检测：检测阈.ppt

第10章 噪声和混响背景下信号检测：检测阈 10.1 检测阈定义 定义：在某一预定的检测判决置信级下，在接收机端测量到的在接收机带宽内的信号功率（S）与1赫带宽内的噪声功率（N0）之比，以分贝为单位。 10.1 检测阈定义 定义解释： —用于计算在预定置信级下判断目标“有”、“无”时所需要的接收机输入端的信噪比。 意义： （1）检测本身功能； （2）在靠近接收系统输出端的某处存在的一个阈值。 10.1 检测阈定义 两则判断矩阵（两种判断，四种可能性）： —检测概率p(D)：在确有信号时，正确判断“有信号”的概率； —虚警概率p(FA)：在没有信号时，错误判断“有信号”概率。 —检测阈和这两个独立的概率有一定的相互联系。 10.1 检测阈定义 能量检测器： —由前置带通滤波器、平方检波器和后置积分器组成； —将输入端的电压转换成平方器输出端的功率，然后通过积分器的作用成为输出端的能量输出。 10.2 阈的概念 在判断过程中需要设置一个阈，超过阈时，就做出“有目标”判断。 阈值设置太高，只有强目标才能检测，检测概率和虚警概率均较小；阈值设置过低，则“虚警”太多，两种概率均较大。 10.2 阈的概念 接收机工作特性曲线（ROC曲线）： —在检测概率和虚警概率关系图上，当阈值改变时，相应地可绘制出一条曲线。 —接收机工作特性曲线是由接收机输出端的信号和噪声的概率密度函数决定的。 10.2 阈的概念 检测指数d： —噪声和信号加噪声均为高斯分布，其均方差为 。 —噪声幅度平均值为M(n)；信号加噪声幅度平均值为M(s+n)。 —两平均值之差的平方与概率密度函数方差之比： 10.2 阈的概念 检测指数d： —在信号加噪声的概率密度曲线之下，T右边的面积就是信号加噪声的幅度超过T的概率，即等于检测概率p(D)。 —在噪声概率密度曲线之下，T右边面积就是虚警概率p(FA)。 10.3 检测所需的输入信噪比 最佳接收机 —将ROC曲线与检测所需要接收机输入端信噪比联系起来。 —最佳接收机：满足某种最佳判决条件下定义的，即对每一个输入进行计算，并在输出端绘出似然比的接收机。 —似然比：是指具有给定输入幅度的信号加噪声（有信号）的概率与具有同样输入幅度的噪声（无信号）的概率之比。 10.3 检测所需的输入信噪比 不同先验知识情况 —对于高斯背景中信号有不同程度先验知识情况，考虑两种极端情况： 情况Ⅰ：信号完全已知 —信号波形作为时间函数是完全知道的。检测指数为： 10.3 检测所需的输入信噪比 情况Ⅰ：信号完全已知 如果信号功率为S，它持续时间为t，则有E=St，即有： 10.3 检测所需的输入信噪比 情况Ⅰ：信号完全已知 10.3 检测所需的输入信噪比 情况Ⅱ：信号完全未知 —在小信噪比和大带宽时间积条件下，则有 10.3 检测所需的输入信噪比 情况Ⅱ：信号完全未知 10.3 检测所需的输入信噪比 后置检波平均器或平滑滤波器对脉冲信号检测的影响 —平滑由噪声引起的输出信号起伏。 若平滑滤波器的积分时间为T，则有 —在T=t（信号持续时间）时，上述各式成立； —在Tt时，平滑过度，脉冲不能达到它的全值，检测阈增高； —在Tt时，平滑不够，后置滤波器通频带1/T太宽，有过多的噪声到达输出端。 输出滤波器失配影响，使检测阈增加，DT变为： 10.3 检测所需的输入信噪比 重复出现信号对检测影响 —在检测判断以前，把在不同背景采样中若干次连续出现的回声非相干累加，其效果是加长了信号的持续时间。 —n个非相干叠加信号的作用，使检测阈减小了5lgn，即信号数每增加一倍，检测阈降低1.5分贝。 —在判断系统中由人进行观测时，上述关系只能近似成立；在n较大时人眼的积分能力会变差。 —若相同的信号在相同背景上重复出现，则对于一个警觉地观测者来说，检测结果是不会明显改善的。 10.3 检测所需的输入信噪比 环境噪声中单频信号检测 —海洋背景噪声的起伏会限制由积分产生的检测增益，可使增益降低5lgt。 —根据海洋环境噪声理论可知，平均时间在0.5至120 秒之间时，噪声非稳定性可以使增益小到0.2lgt；但对很短或很长的平均时间，增益 5lgt 的变化是可以达到的。 10.4 持续时间和带宽的影响 10.4 持续时间和带宽的影响 10.4 持续时间和带宽的影响 10.5 噪声背景下检测阈算例 10.5 噪声背景下检测阈算例 10.5 噪声背景下检测阈算例 10.6 混响背景下的检测阈 10.6 混响背景下的检测阈 10.6 混响背景下的检测阈 10.6 混响背景下的检测阈 10.7 不同情况和不同处理器下的检测阈 10.7 不同情况和不同处理器下的检测阈 10.7 不同情况和不同处理器下的检测阈