基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法。其步驟為：（1）獲取目標復(fù)距離像；（2）確定系數(shù)向量和懲罰因子；（3）構(gòu)造去噪性能評估函數(shù)；（4）更新系數(shù)向量；（5）判斷相對誤差是否大于誤差門限；（6）恢復(fù)復(fù)距離像。本發(fā)明采用超分辨傅立葉基，可以更好地提高寬帶雷達目標復(fù)波回的信噪比，可用于在噪聲背景下對飛機、汽車等運動目標的雷達回波進行噪聲抑制。
【專利說明】基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更進一步涉及雷達信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法。本發(fā)明可用于在噪聲背景下對飛機、汽車等運動目標的雷達復(fù)回波進行噪聲抑制。
【背景技術(shù)】
[0002]在雷達信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】中，提高雷達目標回波的信噪比，可以對單次雷達回波進行稀疏分解，去除噪聲信號對應(yīng)的分量，以達到噪聲抑制的目的。
[0003]吳偉提出的專利申請“以自相關(guān)系數(shù)為判據(jù)的信號去噪方法”(申請?zhí)?01010121083.1申請公布號CN102117621A)公開了一種以自相關(guān)系數(shù)為判據(jù)的信號去噪方法。該方法的處理的步驟是:首先計算信號的自相關(guān)系數(shù)，然后計算信號自相關(guān)系數(shù)等于零處原始信號的自相關(guān)系數(shù)和噪聲自相關(guān)系數(shù)的大小，按不同強度去噪，最后找出原始信號與噪聲自相關(guān)系數(shù)差最大時的去噪信號為最佳去噪信號。該方法的不足之處是，由于該方法是利用相關(guān)系數(shù)法去噪，會將信號中的高頻分量信號去除，損失了信號中的高頻信息，使得去噪彳目號廣生畸變。
[0004]南京信息工程大學(xué)提出的專利申請“基于自適應(yīng)閾值的正交小波變換的蘭姆波去噪方法”(申請?zhí)?01110298616.8申請公布號CN102393423A)公開了一種基于自適應(yīng)閾值的正交小波變換的蘭姆波去噪方法。該方法的處理步驟是:首先將原始信號按正交小波基進行分解，得到分解系數(shù)，選擇合適的閾值濾除小于閾值的小波系數(shù)，最后用剩余的小波系數(shù)對信號進行重構(gòu)。該方法的不足之處是，由于該方法采用了正交小波基對信號進行稀疏分解，而小波基不適用于寬帶雷達目標的散射點模型，對雷達回波中的信號和噪聲描述不夠精確，而且用正交基對信號進行稀疏表示，會將較多信號分量投影到小的小波系數(shù)上，損失較多的信息，進而影響其對雷達回波去噪性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法。本發(fā)明采用適用于寬帶雷達目標散射點模型的超分辨傅立葉基，對寬帶雷達目標的復(fù)距離像進行稀疏分解，保留大的分解系數(shù)對應(yīng)的信號分量，可以更好地對寬帶雷達目標復(fù)回波進行去噪，提高寬帶雷達目標復(fù)回波的信噪比。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明的具體步驟如下:
[0007]( I)獲取寬帶雷達目標的復(fù)距離像:
[0008]對寬帶雷達目標的復(fù)時域回波做脈沖壓縮，得到寬帶雷達目標的復(fù)距離像。
[0009](2)確定寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量和懲罰因子:
[0010]2a)對寬帶雷達目標的復(fù)距離像做N點的快速傅立葉變換，得到寬帶雷達目標的復(fù)距離像的復(fù)頻譜，將該復(fù)頻譜做K點的快速逆傅立葉變換，得到寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量，其中N表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的長度，K表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量的長度；
[0011]2b)根據(jù)寬帶雷達目標的復(fù)距離像估計噪聲功率；
[0012]2c)根據(jù)噪聲功率確定懲罰因子。
[0013](3)構(gòu)造超分辨基矩陣:
[0014]3a)設(shè)定誤差門限β=10_6;
[0015]3b)按照下式，獲得超分辨基矩陣的元素，構(gòu)造超分辨基矩陣:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法，包括以下步驟: (1)獲取寬帶雷達目標的復(fù)距離像: 對寬帶雷達目標的復(fù)時域回波做脈沖壓縮，得到寬帶雷達目標的復(fù)距離像； (2)確定系數(shù)向量和懲罰因子: 2a)對寬帶雷達目標的復(fù)距離像做N點的快速傅立葉變換，得到寬帶雷達目標的復(fù)距離像的復(fù)頻譜，將該復(fù)頻譜做K點的快速逆傅立葉變換，得到寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量，其中N表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的長度，K表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量的長度； 2b)根據(jù)寬帶雷達目標的復(fù)距離像估計噪聲功率； 2c)根據(jù)噪聲功率確定懲罰因子； (3)構(gòu)造去噪性能評估函數(shù): 3a)設(shè)定誤差門限β =IO-6 ； 3b)按照下式，獲得超分辨基矩陣的元素，構(gòu)造超分辨基矩陣: J? -P Ny ? !
1SnJ _ C 其中，Rffljl表示超分辨基矩陣`的第m列第I行的元素；m=l，...，M，M表示超分辨基矩陣的總列數(shù)；1=1，...，L, L表示超分辨基矩陣的總行數(shù)；e表示自然常數(shù)；j表示虛數(shù)單位；π表不圓周率；N表不寬帶雷達目標的復(fù)距尚像的長度； 3c)按照下式，構(gòu)造寬帶雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù):
J(a) = IlZ-Eag+/||a||0 其中，J(a)表示寬帶雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù)，a表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量，Z表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的復(fù)頻譜，E表示超分辨基矩陣，||.||2表示求向量的2-范數(shù)，f表示懲罰因子，|a|fl表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量a中非零元素的個數(shù)； (4)更新系數(shù)向量: 4a)對寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量求導(dǎo)，得到寬帶雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù)的梯度向量； 4b)對寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量求二階導(dǎo)，得到寬帶雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù)的海森矩陣； 4c)用寬帶雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù)的梯度向量更新寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量，得到更新后的寬帶雷達目標復(fù)距離像的系數(shù)向量； 4d)計算寬帶雷達目標復(fù)距離像系數(shù)向量的相對誤差； (5)判斷相對誤差是否大于誤差門限: 判斷寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量的相對誤差是否大于誤差門限，如果是，則執(zhí)行步驟(4)，否則，執(zhí)行步驟(6)； (6)恢復(fù)復(fù)距離像: 6a)將超分辨基矩陣與寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量做內(nèi)積，得到去噪的寬帶雷達目標的復(fù)距離像的復(fù)頻譜； 6b)對去噪的寬帶雷達目標的復(fù)距離像的復(fù)頻譜做快速逆傅立葉變換，得到恢復(fù)的寬帶雷達目標的復(fù)距離像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法，其特征在于，步驟2b)所述估計噪聲功率的步驟如下: 第一步，寬帶雷達開機后，獲取沒有目標的寬帶雷達時域回波； 第二步，對該寬帶雷達時域回波做脈沖壓縮得到噪聲向量； 第三步，按照如下公式計算噪聲向量:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法，其特征在于，步驟2c)中的懲罰因子按下式確定
f=10 σ 2N 1gN 其中，f表示懲罰因子，σ2表示噪聲功率，N表示寬帶雷達目標的復(fù)距離像的長度，log(.)表示取以2為底的對數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法，其特征在于，步驟4c)所述寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量的更新按下式進行:
b=a-H_1g 其中，b表示更新后的寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量，a表示更新前的寬帶雷達目標的復(fù)距離像的系數(shù)向量，H—1表示雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù)的海森矩陣的逆矩陣，g表示雷達目標復(fù)回波去噪性能評估函數(shù)的梯度向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏約束的寬帶雷達目標復(fù)回波去噪方法，其特征在于，步驟4d)所述寬帶雷達目標復(fù)距離像系數(shù)向量的相對誤差按下式計算:

【文檔編號】G01S7/41GK103454622SQ201310404908
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月7日
【發(fā)明者】杜蘭, 和華, 王鵬輝, 徐丹蕾, 劉宏偉 申請人:西安電子科技大學(xué)