基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波去噪方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波去噪方法。其步骤为：（1）获取单次复距离像；（2）计算残余信号和门限值；（3）更新残余信号；（4）判断残余信号功率与门限值的大小；（5）恢复单次复距离像。本发明采用适用于宽带雷达目标散射点模型的超分辨傅立叶基，对宽带雷达目标复距离像的描述更加精确，可以更好地提高宽带雷达目标复波回的信噪比，可用于在噪声背景下对飞机、汽车等运动目标的雷达回波进行噪声抑制。
【专利说明】基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波去噪方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，更进一步涉及雷达信号处理【技术领域】中的一种基于匹配追踪的单次宽带雷达目标复回波的去噪方法。本发明可用于在噪声背景下对飞机、汽车等运动目标的雷达回波进行噪声抑制。
【背景技术】
[0002]在雷达信号处理【技术领域】中，提高雷达目标回波的信噪比主要有两类方法:一类是对雷达回波进行相干积累来抑制噪声，主要思想是:对连续的多次次雷达回波进行相干叠加平均，但由于复距离像的初相敏感性问题，相干积累要求雷达记录复距离像间的初相变化，并非所有的雷达都能够满足此要求，而且这类方法抑制噪声需要多个样本，很难满足实时性要求；另一类方法对单次雷达回波进行稀疏分解以达到噪声抑制的目的。
[0003]西安电子科技大学提出的专利申请“基于双谱去噪的噪声背景下的雷达目标识别方法”(申请号201310161379.X申请公布号CN103217676A)公开了一种基于双谱去噪的噪声背景下雷达目标识别方法。该方法的处理步骤是:首先获取一帧连续的多次雷达回波，计算该帧回波的双谱，然后对该双谱进行变形，最后用变形后的双谱恢复出双谱去噪的距离像。该方法的不足之处是，由于该方法是利用多次连续雷达回波进行双谱估计的，因此需要较多的估计样本，实时性差，而且，在去噪过程中需要对估计的双谱进行变形，计算量较大。
[0004]武汉大学提出的专利申请“基于小波阈值与极大模值法的激光雷达信号处理方法”(申请号201210548925.0申请公布号CN 103033804A)公开了一种基于小波阈值与极大模值法的激光雷达信号处理方法。该方法的处理步骤是:首先对信号进行小波分解得到低频系数和高频系数，然后去除高频系数中属于噪声的小波系数，最后用低频系数和去除噪声的高频系数重构信号。该方法的不足之处是，由于该方法采用了小波基对信号进行稀疏分解，而小波基不适用于宽带雷达目标的散射点模型，对雷达回波中的信号和噪声描述不够精确，进而影响其对雷达回波去噪性能。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述现有技术的不足，提出一种基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波去噪方法。本发明采用适用于宽带雷达目标散射点模型的超分辨傅立叶基，对单次宽带雷达目标的复距离像进行稀疏分解，保留大的分解系数对应的信号分量，可以更好地对宽带雷达目标复回波进行去噪，提高宽带雷达目标复回波的信噪比。
[0006]本发明实现的具体步骤如下:
[0007]( I)获取单次复距离像:
[0008]对宽带雷达目标的单次时域回波做脉冲压缩，得到宽带雷达目标的单次复距离像；
[0009]( 2 )计算残余信号和门限值:
[0010]2a)对宽带雷达目标的单次复距离像做快速傅里叶变换，得到宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱，将该复频谱作为残余信号；
[0011]2b)根据宽带雷达目标的单次复距离像估计噪声功率；
[0012]2c)根据噪声功率确定门限值；
[0013](3)更新残余信号:
[0014]3a)将一个空集作为原子向量集合，构造超分辨基矩阵；
[0015]3b)对超分辨基矩阵的各列向量与残余信号做内积，将内积中的最大值对应的超分辨基矩阵的列加入到原子向量集合，取原子向量集合中的所有向量作为原子矩阵；
[0016]3c)利用原子矩阵和宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱，对步骤2a)中的残余信号进行更新，得到更新后的残余信号；
[0017]3d)对更新后的残余信号取复共轭，得到的复共轭向量，对复共轭向量与更新后的残余信号做内积，得到更新后的残余信号功率；
[0018](4)判断更新后的残余信号功率是否大于门限值Th:
[0019]判断更新后的残余信号功率是否大于门限值，如果是，则执行步骤3b)，否则，执行步骤(5)；
[0020](5)恢复单次复距离像:
[0021]5a)将宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱与更新后的残余信号做差，得到去噪后的复频谱；
[0022]5b)对去噪后的复频谱做快速逆傅里叶变换，得到恢复后的宽带雷达目标的单次复距离像。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0024]第一，由于本发明只利用宽带雷达目标的单次复距离像进行去噪，克服了现有技术中需要用多次连续回波去噪的缺点，使得本发明提出的方法具有较好的实时性。
[0025]第二，由于本发明中超分辨基矩阵采用了适用于宽带雷达目标散射点模型的超分辨傅立叶基，克服了现有技术中小波基对宽带雷达目标描述的不准确性，使得本发明可以更好地提高宽带雷达目标复回波的信噪比。
[0026]本发明的技术过程和效果可结合以下附图详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的流程图。
[0028]图2为本发明对单次加噪复距离像去噪性能示意图。
[0029]图3为采用本发明后的复距离像的平均重构误差示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明做进一步的描述。
[0031]参照图1，本发明【具体实施方式】如下:
[0032]步骤1，获取宽带雷达目标的单次复距离像。
[0033]获取宽带雷达目标的单次复时域回波，对该复时域回波做脉冲压缩得到宽带雷达目标的一维复距离像X=LX1, X2,, xN]，xm表示复距离像的第m个距离单元的复强度，m=l, 2,...,N, N表示复距离像的长度。[0034]步骤2，计算残余信号和门限值。
[0035]对宽带雷达目标的单次复距离像X做快速傅立叶变换得到其复频谱Z=fft (x)，将该复频谱作为残余信号r，fft(-)表示对信号取快速傅立叶变换。
[0036]雷达开机以后，获取没有目标的宽带雷达复回波，对该复回波做脉冲压缩得到噪
声向量sn,噪声功率
【权利要求】
1.一种基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波的去噪方法，包括以下步骤: (1)获取单次复距离像: 对宽带雷达目标的单次时域回波做脉冲压缩，得到宽带雷达目标的单次复距离像； (2)计算残余信号和门限值: .2a)对宽带雷达目标的单次复距离像做快速傅里叶变换，得到宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱，将该复频谱作为残余信号； .2b)根据宽带雷达目标的单次复距离像估计噪声功率； .2c)根据噪声功率确定门限值； (3)更新残余信号: .3a)将一个空集作为原子向量集合，构造超分辨基矩阵； .3b)对超分辨基矩阵的各列向量与残余信号做内积，将内积中的最大值对应的超分辨基矩阵的列加入到原子向量集合，取原子向量集合中的所有向量作为原子矩阵； .3c)利用原子矩阵和宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱，对步骤2a)中的残余信号进行更新，得到更新后的残余信号； .3d)对更新后的残余信号取复共轭，得到的复共轭向量，对复共轭向量与更新后的残余信号做内积，得到更新后的残余信号功率； (4)判断更新后的残余信号功率是否大于门限值Th: 判断更新后的残余信号功率是否大于门限值，如果是，则执行步骤3b)，否则，执行步骤(5)； (5)恢复单次复距离像: .5a)将宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱与更新后的残余信号做差，得到去噪后的复频谱； .5b)对去噪后的复频谱做快速逆傅里叶变换，得到恢复后的宽带雷达目标的单次复距尚像。
2.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波的去噪方法，其特征在于，步骤2b)所述估计噪声功率的具体步骤如下: 第一步，宽带雷达开机后，获取没有目标的宽带雷达时域回波； 第二步，对所获取的宽带雷达时域回波做脉冲压缩，得到噪声向量； 第三步，按照如下公式，计算噪声功率:
3.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波的去噪方法，其特征在于，步骤2c)所述的门限值按照下式确定:
Th=N2 σ 2 其中，Th表示门限值；N表示宽带雷达目标的单次复距离像的长度；σ 2表示噪声功率。
4.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波的去噪方法，其特征在于，步骤3a)所述超分辨基矩阵中的元素按照下式生成:
5.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的宽带雷达目标复回波的去噪方法，其特征在于，步骤3c)所述残余信号的更新按照下式进行:r=Z-EF+Z 其中，r表示更新后的残余信号3表示宽带雷达目标的单次复距离像的复频谱；E表示超分辨基矩阵；F表示原子矩阵；F+ 表示原子矩阵的穆尔-彭罗斯Moore-Penrose逆矩阵。
【文档编号】G01S7/41GK103454621SQ201310404724
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月7日 优先权日:2013年9月7日
【发明者】杜兰, 和华, 王鹏辉, 徐丹蕾, 刘宏伟 申请人:西安电子科技大学