Фильтр по тематике

О распределении оценки модуля коэффициента корреляции

Получено выражение для плотности распределения оценки максимального правдоподобия модуля коэффициента корреляции, которое, в отличие от ранее известного с бесконечным рядом, содержит конечную сумму. В случае малых размеров выборок наблюдений это значительно снижает вычислительные затраты при анализе эффективности радиотехнических систем. Приведён пример использования полученного выражения для расчёта вероятности правильной и ошибочной классификации двухчастотного коррелятора.
10.10.2020 1007 0
О распределении оценки модуля коэффициента корреляции

При анализе эффективности радиотехнических систем, в которых используется оценка максимального правдоподобия модуля коэффициента корреляции, может возникнуть необходимость применять распределение этой оценки, например для анализа эффективности адаптивных обнаружителей [1] или систем классификации типов целей [2].

В работе [3] получено распределение такой оценки из распределения Уишарта, представленное в виде бесконечного ряда (см. формулу 1), где R – модуль коэффициента корреляции, Rˆ – его оценка максимального правдоподобия, N – число выборок наблюдения,  Г – гамма­функция.


К сожалению, сходимость ряда в (1) ухудшается по мере приближения истинного значения модуля коэффициента корреляции R и его оценки Rˆ  к единице, что вынуждает применять рекуррентные схемы вычисления членов ряда и использования их большого числа. В частности, для расчёта плотности распределения (1) удобно пользоваться следующим рекуррентным соотношением (см. формулу 2), где 


На рисунке 1 показаны результаты расчёта плотности распределения (1) при R=0,8 и R=0,95 N=4 с рекуррентной формулой (2) и без неё для бесконечного ряда.

Число членов ряда для рекуррентной формулы составляло 1500, без рекуррентной формулы максимально возможное – 60. Из графиков следует, что до R<0,8 можно напрямую пользоваться формулой (1). Ограничение на использование формулы (1) без рекуррентного расчёта приводит к увеличению k членов рекуррентного ряда. Тем не менее попытка получить распределение (1) в виде конечной суммы была предпринята.

Поскольку (RˆR)2k <1, если проанализировать бесконечный ряд в выражении для плотности распределения оценки модуля коэффициента корреляции (1), то сумму бесконечного ряда можно рассматривать как убывающую геометрическую прогрессию. Это позволяет после небольших преобразований получить новое выражение для плотности распределения с конечной суммой ряда (см. формулу 3).

Естественно, возникает вопрос, насколько совпадают расчёты по формуле с бесконечным рядом (1) и по полученной формуле с конечным рядом (3).

На рисунке 2 представлены графики плотности распределения для двух значений исходных коэффициентов корреляции R=0 и R=0,95 для N=4. Нетрудно увидеть, что графики полностью совпадают. Расчёт плотности распределения по формуле (1) производился по рекуррентной схеме и потребовал 1500 членов ряда.

Теперь попробуем применить полученную формулу (3) для оценки эффективности классификации дискретных мешающих отражений по межчастотному корреляционному признаку. Такой способ описан в статье [4]. Принцип классификации целей по межчастотному коэффициенту корреляции или, лучше сказать, по их продольному размеру заключается в следующем.

Для того чтобы различить класс летательных аппаратов с малым продольным размером (с высоким межчастотным коэффициентом корреляции) от класса дискретных мешающих объектов, имеющих значительно большие размеры (межчастотный коэффициент корреляции близок к нулю), достаточно выбрать соответствующий разнос несущих частот. И тогда, сравнивая оценку межчастотного коэффициента корреляции с порогом, при его непревышении сформировать корреляционный признак отражённого сигнала, принадлежащего к сигналам целеподобных мешающих отражений, которые могут быть бланкированы. Для формирования оценки межчастотного коэффициента корреляции лучше всего применить оценку максимального правдоподобия модуля коэффициента корреляции, плотность распределения которой описывается формулами (1) или (3). Алгоритм оценки максимального правдоподобия для модуля межчастотного коэффициента корреляции следующий [5]:

где Z1i и Z2i – комплексные выборки наблюдений на первой и второй несущей частоте. Тогда оценка межчастотного коэффициента корреляции может быть вычислена по формуле:

Таким образом, задача заключается в том, чтобы проинтегрировать выражение (3) от нуля до RПОР=0 и для R=0 получить вероятность правильной классификации целеподобных мешающих отражений, а для R=0,7 – вероятность ошибочной классификации (например, если самолёт классифицируется как мешающее отражение).

На рисунке 3 приведены вероятности правильной и ошибочной классификации для N=4. Уже при N>8 для порога, равного 0,5, получается вероятность правильной классификации больше 0,9 при вероятности ошибочной классификации меньше 0,1.

Для верификации полученных результатов было проведено моделирование данного классификатора в системе MATLAB [6]. Результаты моделирования на рисунке 3 представлены точками. Они подтверждают совпадение моделирования, аналитические расчёты и, главное, корректность формулы (3). 

Литература

  1. Бартенев В. Г. Квазиоптимальные адаптивные алгоритмы обнаружения сигналов. Современная электроника. 2011. № 2. C.70–73.
  2. Бартенев В. Г. Радиолокационные отражения от ясного неба вынуждают улучшать параметры РЛС. Современная электроника. 2014. № 7. C. 18–20.
  3. Бартенев В. Г. Применение распределения Уишарта для анализа эффективности адаптивных систем СДЦ. Радиотехника и электроника. 1981. Т. ХХVI. № 2. C. 356–361.
  4. Бартенев В. Г. Новый способ классификации и бланкирования дискретных мешающих отражений. Современная электроника. 2020. № 3. C. 46–49.
  5. Бартенев В. Г. Способ классификации и бланкирования дискретных помех. Патент № 2710894 по заявке № 2018134712 зарегистрирован в Государственном реестре РФ 14.01.2020.
  6. Бартенев В. Г. Модельно­ориентированное проектирование программируемых радиотехнических устройств. Практический курс. Горячая линия. Телеком. М. 2019. C. 48–64.

Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

10.10.2020 1007 0
Комментарии
Рекомендуем
Проверяемое автономное управление: архитектура контроля решений ИИ в киберфизических и распределённых системах Электроника и автоматизация

Проверяемое автономное управление: архитектура контроля решений ИИ в киберфизических и распределённых системах

В статье рассматривается архитектура SEACS (Self-Evolving Autonomous Control System), предназначенная для построения проверяемого контура автономного управления в распределённых и киберфизических системах. В отличие от подходов, где успешный вызов модели или выполнение команды трактуется как завершение задачи, SEACS разделяет наблюдение, оценку состояния, выбор решения, исполнение и последующую проверку фактического результата. Рассматриваются механизмы управления риском и доверием, гистерезиса, задержки повторных воздействий, резервных сценариев и передачи решения человеку. Отдельное внимание уделено воспроизводимым испытаниям, требованиям к данным и метрикам, а также ограничениям исследовательского прототипа.
30.10.2026 СЭ №8/2026 285 0
К 130-летию со дня рождения великого советского физика Игоря Евгеньевича Тамма. Часть 7. Оптические уровни  и плазмон-поляритоны Тамма Электроника и автоматизация

К 130-летию со дня рождения великого советского физика Игоря Евгеньевича Тамма. Часть 7. Оптические уровни и плазмон-поляритоны Тамма

Эта статья завершает серию публикаций о научном наследии Игоря Тамма, в которой была проанализирована эволюция идей Тамма и его учеников от 1930-х годов до наших дней. Среди различных направлений, которыми в различные периоды своей жизни занимался Игорь Тамм, мы остановились на тематике, связанной с взаимодействием света с электронами на границе металла и диэлектрика. Данное направление, начавшееся с разработки теории «таммовских поверхностных состояний», логически продолжилось открытием оптических состояний Тамма (Optical Tamm States – OTS), а затем плазмон-поляритонов Тамма (Tamm Plasmon-Polaritons – TPP). Именно этим двум явлениям посвящена настоящая статья.
28.10.2026 СЭ №8/2026 335 0

Реклама
Реклама.  ООО «Остек-СМТ»  ИНН 7731481045  erid = 2SDnjchs19E
Реклама
Реклама.  ООО «Остек-СМТ»  ИНН 7731481045  erid = 2SDnjdHxidA
  Подписывайтесь на наш канал в Telegram и читайте новости раньше всех! Подписаться