專利名稱：基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地基雷達成像技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法。
背景技術(shù)：
地基雷達作為機載和星載雷達的地面試驗驗證系統(tǒng)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)檢測、地形測繪、環(huán)境學習以及地表變形監(jiān)測等領(lǐng)域。地基雷達利用一個天線發(fā)射低頻寬帶電磁波，并通過另一個天線接收回波信號。由于目標不同的距離向位置和電磁散射特性，回波中包含了這樣一類的信息，因而可以在回波圖像中確定目標的位置和電磁特性。另外地基雷達可以在水平方向上運動，利用合成孔徑的技術(shù)可以得到二維的掃描圖像。 地基雷達成像結(jié)果一方面環(huán)境噪聲的影響，另一方面由于地基雷達系統(tǒng)本身和天線之間的互耦，使得回波圖像存在很多的雜波成分，對地基雷達圖像做雜波抑制具有重要的意義，它是地基圖像后分析得以成功的重要保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，濾除地基圖像中的雜波成分，使地基圖像的后分析簡便、快捷、準確。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其包括步驟I)將二維時域圖像做奇異值分解；2)用噪聲失效法確定去噪閾值；3)對奇異值施加軟閾值去噪，并將最大奇異值置零；4)將得到的新的奇異值矩陣與左右奇異向量矩陣相乘得到抑制雜波之后的圖像。所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其所述步驟I)的二維時域圖像奇異值分解，其奇異值按從大到小排列。所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其所述步驟2)的噪聲失效法，用于確定噪聲系數(shù)的門限值，選擇所有門限值中使得噪聲向量最接近高斯向量的那個值。所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其所述確定噪聲系數(shù)的門限值方法，其中，噪聲的均值和方差用隨機產(chǎn)生得到的高斯隨機變量來近似，隨機變量的長度為低于噪聲系數(shù)門限值的系數(shù)的個數(shù)。所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其所述步驟3)中，對奇異值施加軟閾值去噪，是指對于小于閾值的奇異值將其置零，對于大于閾值的奇異值，將其減去閾值。
本發(fā)明基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，濾除了地基圖像中的雜波成分，使地基圖像的后分析簡便、快捷、準確。



圖I為地基雷達原始二維回波圖像；圖2為本發(fā)明基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法的奇異值分解后的奇異值(按從大到小排列)示意圖；圖3為本發(fā)明方法中用噪聲失效法確定的閾值示意圖；圖4為本發(fā)明方法用軟閾值去噪并置最大奇異值為O后的奇異值示意圖；圖5為本發(fā)明方法用新奇異值矩陣與左右奇異向量矩陣相乘的圖像；圖6為本發(fā)明基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，利用目標、雜波和噪聲不同的統(tǒng)計特性，其中不同道的回波中，雜波信號是相關(guān)的，因而其能量聚集在最大奇異值；而噪聲信號是互相獨立的，其能量分布在各個奇異值中；目標信號之間存在一定的相關(guān)性，其能量集中在較大的一些奇異值中。通過選擇去噪的閾值，可以用軟閾值法去除噪聲，同時通過將最大奇異值置0，可以去除耦合雜波。參照圖6，本發(fā)明的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其主要步驟為I)將地基雷達二維掃描圖像做奇異值分解；2)用噪聲失效法確定去噪閾值；3)對奇異值施加軟閾值去噪，并將最大奇異值置零；4)將得到的新的奇異值矩陣與左右奇異向量矩陣相乘得到抑制雜波之后的圖像。其中，步驟I中的二維圖像奇異值分解，其奇異值按從小到大排列。其中，步驟2中的噪聲失效法確定閾值方法，對于不同的m值，假定奇異值分解的前m個值為噪聲，用隨機產(chǎn)生的高斯分布的長度為m向量來近似其均值和方差。其中，對于不同的m值，計算噪聲向量與概率分布之間的誤差，誤差最小的m值就是最優(yōu)的m值，該m值對應(yīng)的奇異值就是所求的閾值。其中，步驟3中雜波抑制的理論依據(jù)是，地基雷達自身的耦合波是線性相關(guān)的，其奇異值只有最后一個分量不為零；噪聲是線性相關(guān)的，其奇異值的所有分量都不為零；信號既不是線性相關(guān)，也不是線性無關(guān)，其奇異值分布在后半部分。通過選擇閾值，使用軟閾值的方法，并將最大的奇異值置零，可以同時抑制耦合波和噪聲。本發(fā)明的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法可以分為以下幾
I K
少(I)將二維回波數(shù)據(jù)做奇異值分解，其中奇異值按從大到小排列。由于奇異值分解可以看做是一個正交變換過程，因而奇異值可以看做回波信號的稀疏表示。同時，由于耦合波是相關(guān)的，故其秩為1，由于正交變換不改變矩陣的秩，因而耦合波的奇異值分解只有最大值不為O ;噪聲矩陣是滿秩的，經(jīng)過正交變換得到的奇異值矩陣也是滿秩的，故所有的奇異值均不為O，且同樣滿足高斯分布。(2)利用噪聲失效法來確定去噪的閾值。由于低于噪聲門限的奇異值的貢獻全部來自噪聲，因此理論上這些奇異值同樣服從高斯分布。不同的噪聲門限下，實際的噪聲奇異值分量偏離高斯分布的程度也不同，選擇使得誤差函數(shù)最小的那個奇異值作為去噪閾值。(3)將低于閾值的奇異值置零，高于閾值的奇異值減去閾值，這就是所謂的軟閾值去噪法。另外將最大奇異值置零，可以去掉耦合波。(4)最后將得到的新的奇異值矩陣分別乘上左右奇異值向量矩陣從而得到去噪后的圖像。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法加以詳細說明，應(yīng)指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明方法的理解，而對其不起任何限定作用。如圖I所示，原始的地基雷達掃描圖像包含很多噪聲，且目標被雜波所淹沒。如圖2所示，對二維圖像矩陣做奇異值分解，所得到的奇異值。如圖3所不,用噪聲失效法所確定的噪聲閾值。對于所得到的噪聲閾值,低于閾值的奇異值僅僅來自于噪聲的貢獻，因此這些奇異值同樣服從高斯分布。計算不同閾值下，噪聲向量與高斯分布的偏差，使得偏差最小的那個閾值就是我們要求的。 如圖4所示，用軟閾值法得到的新的奇異值矩陣，其中為了抑制耦合波，已將最大奇異值置零。如圖5所示，將新的奇異值矩陣和左右奇異向量矩陣相乘得到雜波抑制之后的圖像，可見目標位于水平方向的中間，相對原始圖像清晰了很多。
權(quán)利要求
1.一種基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其特征在于，包括步驟 1)將二維時域圖像做奇異值分解； 2)用噪聲失效法確定去噪閾值； 3)對奇異值施加軟閾值去噪，并將最大奇異值置零； 4)將得到的新的奇異值矩陣與左右奇異向量矩陣相乘得到抑制雜波之后的圖像。
2.如權(quán)利要求I所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其特征在于，所述步驟I)的二維時域圖像奇異值分解，其奇異值按從小到大排列。
3.如權(quán)利要求I所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其特征在于，所述步驟2)的噪聲失效法，用于確定噪聲系數(shù)的門限值，選擇所有門限值中使得噪聲向量最接近高斯向量的那個值。
4.如權(quán)利要求3所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其特征在于，所述確定噪聲系數(shù)的門限值方法，其中，噪聲的均值和方差用隨機產(chǎn)生得到的高斯隨機變量來近似，隨機變量的長度為低于噪聲系數(shù)門限值的系數(shù)的個數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述的基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，其特征在于，所述步驟3)中，對奇異值施加軟閾值去噪，是指對于小于閾值的奇異值將其置零，對于大于閾值的奇異值，將其減去閾值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于噪聲失效奇異值分解的地基雷達雜波抑制方法，涉及雷達成像技術(shù)，包括步驟1)將地基雷達二維回波圖像做奇異值分解；2)用噪聲失效法確定去噪閾值；3)對奇異值按照上一步確定的閾值做軟閾值去噪，并將最大奇異值置零；4)將得到的新的奇異值矩陣與左右奇異向量矩陣相乘得到抑制雜波之后的圖像。本發(fā)明方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，濾除了地基圖像中的雜波成分，使地基圖像的后分析簡便、快捷、準確。
文檔編號G01S7/41GK102621534SQ20111002815
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者張曉娟, 林志偉, 許鑫 申請人:中國科學院電子學研究所