一种基于集成经验模态分解的海杂波去噪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种海杂波的去噪方法，尤其涉及一种基于自相关和Savitzky Golay(SG)滤波的集成经验模态分解的海杂波去噪方法，属于信号处理领域。
【背景技术】
[0002] 海杂波是指雷达照射海面的后向散射回波。利用海杂波的混沌特性可以有效的检 测雷达回波是否含有目标信号，而实际的海杂波数据会受到噪声的影响。1998年，何建华等 对混沌背景下目标信号检测的抗噪性进行了研宄，结果表明，当接收信号受到噪声干扰时， 混沌背景信号预测误差显著增加，检测效果降低。因此，去噪是海杂波内在物理特性分析和 微弱目标信号检测的首要问题。
[0003] 2007 年，Boudraa等对各个固有模态函数（IntrinsicModeFunction,IMF)分别 采用不同阈值方法进行滤波重构，实现了信号的去噪。2009年，徐晓刚等研宄了经验模态分 解及应用，总结了一维和二维经验模态分解的主要工作，比较了不同方法存在的优点和不 足，并给出了经验模态分解研宄与应用的发展趋势。经验模态分解作为一种时频域信号处 理方法，具有自适应特性，适用于非线性、非平稳信号的分析，但是当待分解的信号中有异 常干扰信号存在时，经验模态分解会产生模式混叠的现象。所以，亟需研宄一种更有效的去 噪方法的基于自相关和SavitzkyGolay(SG)滤波的集成经验模态分解的海杂波去噪方法， 以提高海面监测水平。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决传统经验模态分解的模式混叠现象，将集成经验模态分解算 法用于海杂波去噪处理中，采用自相关函数分选有用信号与噪声分量，选用SG滤波对噪声 模态分量进行削噪，以提高海面监测水平，因此，本发明提供了一种基于自相关和Savitzky Golay(SG)滤波的集成经验模态分解的海杂波去噪方法。
[0005] 本发明的技术方案是提供一种基于集成经验模态分解的海杂波去噪方法，其设计 要点在于，包括以下步骤：
[0006] 步骤1，生成N条白噪声信号，所述白噪声信号的序列长度与所采集的原始海杂波 信号x(n)的序列长度相等，将所述白噪声信号加入到原始海杂波信号x(n)中得到加噪后 的海杂波信号，即：
[0007]Xi(n) =X(n) +Iii (n)，i= 1，2. ? ?，N，
[0008] 其中，Xi(Ii)为第i次加入白噪声后的海杂波信号，Iii(Ii)为第i次加入的白噪声；
[0009] 步骤2,对加噪后的海杂波信号Xi (n)分别进行经验模态分解，得到M个固有模态 函数Cij (n)和一个余量Ri (n)，其中Cij (n)表示第i次加入白噪声后分解得到的第j个固有 模态函数，i= 1，2. ? ?，N，j= 1，2, ? ??，M;
[0010] 步骤3,由于白噪声之间不相关，其均值为零，则将Cij(Ii)和Ri(Ii)分别集成平均， 当N足够大时，添加的白噪声的固有模态函数之和将趋于0 ;集成平均的结果为：
【主权项】
1. 一种基于集成经验模态分解的海杂波去噪方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，生成N条白噪声信号，所述白噪声信号的序列长度与所采集的原始海杂波信号 X(H)的序列长度相等，将所述白噪声信号加入到原始海杂波信号x(n)中得到加噪后的海 杂波信号，即： Xi (η) = X (n) +hj (η), i = I, 2. . . , Ν, 其中，Xi(ri)为第i次加入白噪声后的海杂波信号，hi (η)为第i次加入的白噪声； 步骤2,对加噪后的海杂波信号Xi (η)分别进行经验模态分解，得到M个固有模态函数 Cij(Ii)和一个余量Ri(Ii)，其中C ij(Ii)表示第i次加入白噪声后分解得到的第j个固有模态 函数，i = 1，2. · ·，N，j = 1，2, · · ·，M ; 步骤3,由于白噪声之间不相关，其均值为零，则将Cij (η)和Ri (η)分别集成平均，当N 足够大时，添加的白噪声的固有模态函数之和将趋于O ;集成平均的结果为：
其中q(n)为集成平均后的第j个固有模态函数分量，R(n)为余量； 步骤4,分别计算每个固有模态函数的自相关函数值； 步骤5,根据噪声和海杂波信号的自相关特性，判断出噪声占主导作用的模态分量 C1 (η)~Ck(η); 步骤6,对噪声占主导作用的模态分量使用Savitzky-Golay滤波器进行滤波处理，得 到去除噪声的模态分量C1' (η)~Ck' (η); 步骤7,将滤波处理后的模态分量C1' (η)~Ck' (η)和剩余分量R (η)进行重构得到 去噪后的混沌信?
步骤8,通过经典的Grassberger-Procaccia算法重构混纯信号X'（η)的嵌入维，用 改进的自相关法求解时间延迟τ，利用混沌时间序列的相空间重构理论，重构出混沌信号 X'（η)的相空间； 步骤9,利用最小二乘支持向量机建立混沌序列预测模型； 步骤10,利用混沌预测模型进行单步预测，获得预测值，从预测误差中检测淹没在海杂 波背景中的微弱信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于集成经验模态分解的海杂波去噪方法，其将白噪声信号加入到含有目标信号的海杂波信号中得到加噪后的海杂波信号，将该海杂波信号分解成一系列从高频到低频的固有模态函数，通过各个固有模态函数的自相关特性，分选出有用信号和噪声分量，对噪声占主导作用的固有模态函数，选用Savitzky-Golay滤波方法进行滤波消噪处理，将滤波后的模态分量和剩余分量进行重构得到削除噪声后的海杂波信号；再结合最小二乘支持向量机建立混沌序列的单步预测模型，从预测误差中检测淹没在海杂波背景中的微弱信号，有效解决了传统经验模态分解的模式混叠现象，提高海面监测水平；比较去噪前和去噪后的均方根误差，可以利用均方根误差去评价噪声去除效果。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104765979
【申请号】CN201510209153
【发明人】行鸿彦, 朱清清, 王秋阳
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月28日