§ III.4. ПОИСК С АНАЛИЗОМ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ (МНОГОЭТАПНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ)
III.4.1. Разбиение процедуры поиска на этапы позволяет изменять программу зондирования по мере накопления данных,
Изменение программы может сопровождаться сокращением зондируемой зоны, отбором «подозрительных» элементов и т. д.
Режим многоэтапного зондирования включает, таким образом, анализ промежуточных результатов в целях оптимизации процедуры.
В устройствах обнаружения сигнала в шумах, состоящих из конечного числа независимых каналов, многоэтапные процессы поиска могут быть представлены как процессы последовательного отбора некоторого количества элементов.
Процедуры многоэтапного отбора могут отличаться как количеством этапов, так и характером критерийных порогов, используемых для целей отбора.
Как было отмечено в § 5.7, процедуры многоэтапного зондирования близки к процедурам поиска с группированной обработкой принимаемых данных.
III.4.2. Одним из вариантов многоэтапного построения поисковой процедуры является способ, основанный на однопороговом отборе.
Алгоритм многоэтапной процедуры может быть представлен следующим образом:
а) на первом этапе по результатам равномерного зондирования отбираются элементы, в которых выходное напряжение превышает порог
б) на втором этапе зондируются только отобранные элементы (т. е. элементы, в которых
и из них отбираются элементы, где напряжение превышает порог
При заранее выбранном числе этапов зондирования
надежность процедуры поиска характеризуется показателями:
вероятность правильного обнаружения сигнала
вероятность ложной тревоги
В силу случайности числа элементов, отбираемых в каждом этапе, энергетические затраты при каждой отдельной операции являются случайной величиной
где I — число элементов, зондируемых на
этапе (число
распределено по биноминальному закону);
пороговое отношение энергии сигнала к спектральной плотности помех.
Средние энергетические затраты при отсутствии сигнала определяются соотношением
При фиксированном числе этапов выбор пороговых значений и распределение энергии по этапам может быть определено из условия минимизации средних энергетических затрат, обеспечивающих заданные показатели надежности.
Снижение энергетических затрат по сравнению со случаем равномерного одноэтапного обзора может быть оценено коэффициентом
где
энергия, затрачиваемая при равномерном поиске.
Рассмотрим примеры выбора оптимального распределения затрат в случае двухэтапной процедуры поиска. Задача выбора оптимального распределения в этом случае сводится к нахождению безусловного экстремума (111.8) по переменным
.
III.4.3. Поиск сигнала синусоидальной формы известной амплитуды, ожидаемого в одном из
каналов, описывается соотношениями, следующими из (III.8). Энергетические затраты, выраженные в пороговом отношении энергии сигнала к спектральной плотности шума, согласно (II 1.8) могут быть представлены в виде
где
— квантиль нормально распределенной величины
Оптимальные значения параметров
определяются из уравнений
Решение (III.12) с учетом (III.11) может быть проведено графически.
В табл. III.1 приведены значения коэффициента, оценивающие выигрыш по сравнению с одноэтапным равномерным поиском при оптимальном выборе параметров
Таблица III.1 (см. скан)
III.4.4. Рассмотрим поиск флюктуирующего сигнала с релеевским законом распределения интенсивности, ожидаемого в одной из
возможных позиций, при наличии разрешающей способности (когда в каждой позиции осуществляется многоканальный прием). Относительная интенсивность пороговых сигналов в рассматриваемом случае, как показано в [19], при оптимальной обработке с хорошей точностью может быть представлена соотношением
Уравнение энергетических затрат (III.8) с учетом (III.10) и (III.13) получает вид
Уравнения для выбора оптимальных значений
получим, используя (III.11), (III.14) и (111.10).
Примеры выбора численных значений коэффициента
и соответствующие оптимальным величинам значения и
приведены в табл. III.2
Таблица III.2 (см. скан)
Сопоставление данных, приведенных в табл. III.1 и III.2 показывает, что двухэтапный режим поиска оказывается более эффективным (по сравнению с равномерным режимом) в случае обнаружения сигналов регулярной интенсивности, чем в случае флюктуирующих сигналов.
Увеличение разрешающей способности, как и в случае двухпорогового управления длительностью пробных шагов (§ 5.6), приводит к сглаживанию различия показателей равномерного и управляемого режимов поиска.