Характеристики обнаружения при некогерентном накоплении сигнала
На выходе некогерентного накопителя формируется случайная величина

Ее закон распределения определяется:
- во-первых, законом распределения слагаемых 
 , т.е. законом распределения смеси сигнала и шума на выходе детектора, который является экспоненциальным, как закон распределения квадрата модуля нормально распределенной случайной величины 
 ;
- во-вторых, числом слагаемых N;
- в-третьих, степенью коррелированности слагаемых, которая зависит от относительной интенсивности m и междупериодной коррелированности rс сигнала.
В общем случае закон распределения суммы (экспоненциально распределенных случайных величин есть так называемое хи-квадрат распределение

число степеней, свободы которого 2n зависит от числа и степени коррелированности слагаемых. Этот закон распределения является двухпараметрическим 
 причем параметр n определяет соотношение квадрата среднего значения и дисперсии случайной величины z:

Значению n = 1 соответствует экспоненциальное распределение. При увеличении параметра n > 1 происходит нормализация закона распределения (рис. 8.6).

Рис. 8.6 Нормализация хи-квадрат распределения с ростом параметра n
Проследим на физическом уровне эволюцию закона распределения случайной величины z, т.е. эволюцию параметра n при изменении числа слагаемых N, относительной Интенсивности m и междупериодной коррелированности rс сигнала. При независимых (некоррелированных) слагаемых, что характерно для случая отсутствия сигнала (m = 0) и наличия только некоррелированного от периода к периоду шума или для случая наличия смеси шума и быстро флуктуирующего сигнала (rс = 0) произвольной интенсивности m параметр n (половина числа степеней свободы хи-квадрат распределения) определяется числом слагаемых:
n = N, m = 0, rс = 0,
т.е. происходит нормализация закона распределения случайной величины z по мере увеличения числа слагаемых, что соответствует центральной предельной теореме Теории вероятностей (теореме Ляпунова). При сильно коррелированных слагаемых, что характерно для случая сильного (m >> N) медленно флуктуирующего (rс ® 1) сигнала, закон распределения суммы определяется законом распределения слагаемых, т.е. сохраняется экспоненциальным:
n = 1, m >> N, rс ® 1.
Рассмотренные частные случаи ''поглощаются" следующим соотношением, определяющим эволюцию параметра n при изменении числа слагаемых N, относительной интенсивности m и междупериодной коррелированности rс сигнала:

При этом вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения определяются следующими выражениями,


где
 – неполная гамма-функция,
 – полная гамма-функция,
n0 = N – половина числа степеней свободы хи-квадрат распределения в отсутствие сигнала,
 – половина числа степеней свободы хи-квадрат распределения при наличии медленно флуктуирующего сигнала (rс ® 1),
 – нормированный порог.
Нормированные неполные гамма-функции табулированы и ими необходимо пользоваться при расчете и анализе характеристик обнаружения. На рис. 8.7 и 8.8 показаны рассчитанные характеристики обнаружения при некогерентном накоплении медленно (rс ® 1) и быстро (rс = 0) флуктуирующего сигнала, на основании которых можно сделать следующие выводы.

Рис. 8.7. Характеристики обнаружения при некогерентном накоплении медленно флуктуирующего сигнала.

Рис. 8.8 Характеристики обнаружения при некогерентном накоплении быстро флуктуирующего сигнала (rс=0).
Во-первых, некогерентное накопление является эффективной операцией обработки сигнала, улучшающей характеристики обнаружения системы, как при медленно (rс ® 1), так и при быстро (rс = 0) флуктуирующем сигнале.
Во-вторых, эффективность некогерентного накопления медленно флуктуирующего сигнала, определяемая как выигрыш в пороговом сигнале
 ,
уступает эффективности когерентного накопления такого же сигнала. Если эффективность когерентного накопления определяется числом сигналов
 ,
то эффективность некогерентного накопления растет медленнее, чем увеличивается число слагаемых

Эффективность, выраженная в децибелах, определяется следующим образом:

Это означает, что при некогерентном накоплении имеют место потери по с равнению с когерентным накоплением

которые составляют в децибелах

Например, при N=16 эффективность некогерентного накопления 
 , а потери при некогерентном накоплении 
 , т.е. составляют 3 дБ.
В-третьих, в области надпороговых сильных сигналов ( 
 ) некогерентное накопление медленно флуктуирующего сигнала оказывается эффективнее когерентного накопления (рис. 8.9). Основой этого феномена является диаметральное различие законов распределения когерентно и некогерентно накопленного шума ( 
 ) и одинаковость законов распределения когерентно и некогерентно накопленной смеси сильного сигнала и шума 
 . При этом вероятность правильного обнаружения при когерентном и некогерентном накоплении сильных сигналов оказываются одинаковыми ( 
 ), а вероятность ложной тревоги при когерентном накоплении оказывается больше, чем при некогерентном накоплении ( 
 ), т.к. экспоненциальное распределение ( 
 ) в области надпороговых сигналов убывает медленнее, чем хи-квадрат распределение с большим числом степеней свободы 
 (рис. 8.10).

Рис. 8.9 Сравнение характеристик обнаружения когерентного (КН) и некогерентного (НН) накопления в области надпороговых сильных (m>N) и медленно флуктуирующих сигналов.

Рис. 8.10. Пояснение преимуществ некогерентного накопления по сравнению с когерентным в случае сильного медленно флуктуирующею сигнала.