基于峰度系數(shù)的噪聲濾除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微波成像，超寬帶無線檢測，未見目標(biāo)檢測，信號處理技術(shù)領(lǐng)域。具體 講，設(shè)及基于峰度系數(shù)的噪聲濾除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶電磁波檢測未見目標(biāo)的原理在于不同生物組織對電磁波的吸收、反射及透 射特性不同，使得天線發(fā)射的脈沖信號在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中傳播時所產(chǎn)生的電磁場能夠反映組 織結(jié)構(gòu)的豐富信息。同時超寬帶微波信號具有福射功率低、目標(biāo)信息攜載量大、提供毫米級 定位和檢測成本較低等優(yōu)點，能作為未見目標(biāo)檢測的常規(guī)手段。為了實現(xiàn)上述超寬帶的優(yōu) 點，目標(biāo)信號的提取至關(guān)重要。在一些情況中，目標(biāo)即為被掩埋物體。在直接從實際探測到 的包含目標(biāo)信息的信號中提取目標(biāo)信號進(jìn)行成像的過程中，目標(biāo)信號的選取，噪聲的濾除 尤為關(guān)鍵。目標(biāo)信號選取不當(dāng)，將直接導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測。因而有必要開發(fā)新的方法將信 號中的噪聲進(jìn)行區(qū)分并進(jìn)行濾除，選取真正含有目標(biāo)信息的信號。使得成像過程更加簡便， 成像結(jié)果更加準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服技術(shù)的不足，有效地利用超寬帶微波檢測系統(tǒng)中對掩埋目標(biāo)進(jìn)行探測，提 供一種新的目標(biāo)信號的噪聲濾除算法，實現(xiàn)直接從含有目標(biāo)信息的信號中提取出目標(biāo)響應(yīng) 信號，同時避免目標(biāo)信號中噪聲過大，導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測的弊端。為此，本發(fā)明采取的技術(shù) 方案是，基于峰度系數(shù)的噪聲濾除方法，將發(fā)射天線、接收天線布置在待測組織周邊，發(fā)射 天線發(fā)出信號，接收天線接收信號，然后執(zhí)行下述步驟：
[0004] 1.將接收天線得到的信號進(jìn)行集成經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解ffiMD分解，選擇白噪聲系數(shù)為 1. 2,循環(huán)次數(shù)為50,得到分解后的本征模態(tài)函數(shù)IMF1至IMF13,及剩余項rl3 ;
[0005] 2.在得到所有的本征模態(tài)函數(shù)IMF之后，需要區(qū)分有效的目標(biāo)信號與噪聲信號， 該里引入相
[0006] (3)
[0007] 使用該公式計算所有的本征模態(tài)函數(shù)與天線得到的信號之間的相關(guān)系數(shù)，化化） 即為第
[000引k個IMF，y為IMF信號的平均值，X(k)為天線得到的信號，N= 13 ;
[0009] 3.找到相關(guān)系數(shù)最大的若干本征模態(tài)函數(shù)；
[0010] 4.利用峰度系數(shù)計算相關(guān)系數(shù)最大的若干本征模態(tài)函數(shù)峰度系數(shù)，公式如下：
[0011](4)
[001引式中，E指期望；
[0013] 5.由上一步驟得到的結(jié)果中峰度系數(shù)最大者即為得到的目標(biāo)信號，對該信號用共 焦成像算法
[0014] 進(jìn)行成像，即可得到目標(biāo)信息圖像。
[0015] 采用的天線為A1至A8共8條，其中一個天線發(fā)射信號，其余的天線接收信號，該 樣循環(huán)檢測，天線接收信號后進(jìn)行處理，最后采用共焦成像算法對提取的目標(biāo)信號再進(jìn)行 共焦成像算法的處理，8條發(fā)射天線的信號能夠使得目標(biāo)的散射信號得到增強，準(zhǔn)確顯示掩 埋目標(biāo)的位置。
[0016] 發(fā)射天線發(fā)射中屯、頻率為5GHz、帶寬為lOGHz的一階導(dǎo)高斯信號。
[0017]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點與效果：
[0018] 本發(fā)明直接從含有目標(biāo)信息的信號中提取出目標(biāo)響應(yīng)信號，同時基于峰度系數(shù)， 能夠從目標(biāo)信號中更大程度的將噪聲濾除，直接提取目標(biāo)信號進(jìn)行成像，使得成像結(jié)果更 加準(zhǔn)確，避免了目標(biāo)信號中噪聲過大，導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測的弊端，且簡便快捷，能夠獲取足 夠多的信息來對目標(biāo)進(jìn)行檢測；成像結(jié)果能夠直觀的實現(xiàn)目標(biāo)存在與否的判斷和定位，非 常適合于被掩埋目標(biāo)的檢測系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0019] 圖1組織模型及天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2天線A1發(fā)A3收的含有目標(biāo)信息信號的原始信號及本征模態(tài)函數(shù) (IMF1-IMF13,圖中標(biāo)為C1-C13)及剩余項（rl3)圖。
[0021] 圖3所有信號經(jīng)過分解后提取目標(biāo)響應(yīng)信號所得的目標(biāo)共焦成像圖。
【具體實施方式】
[0022] 為了有效地利用超寬帶微波檢測系統(tǒng)中對掩埋目標(biāo)進(jìn)行探測，本發(fā)明提供了一種 新的目標(biāo)信號的噪聲濾除算法。該算法可W直接從含有目標(biāo)信息的信號中提取出目標(biāo)響應(yīng) 信號，同時該算法避免了目標(biāo)信號中噪聲過大，導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測的弊端。該算法簡便快 捷，能夠獲取足夠多的信息來對目標(biāo)進(jìn)行檢測。常規(guī)的目標(biāo)信號提取方法是建立有目標(biāo)的 模型和無目標(biāo)的模型，通過天線發(fā)出的超寬帶微波去分別探測有目標(biāo)的模型和無目標(biāo)的模 型，得到包含目標(biāo)信息的信號減去無目標(biāo)信息的信號。實際情況中，無目標(biāo)的信號是無法獲 得的，即使建立模型，其同真實的情況也是有誤差的。因此開發(fā)了適用于目標(biāo)檢測的目標(biāo)信 號直接提取算法，直接從實際探測到的包含目標(biāo)信息的信號中提取目標(biāo)信號進(jìn)行成像，在 該個過程中，噪聲的濾除變得尤為關(guān)鍵，W往是直接根據(jù)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行目標(biāo)信號與噪聲信 號的區(qū)分。但是該方法進(jìn)行的噪聲濾除會使得噪聲過大，目標(biāo)檢測不準(zhǔn)確。因而有必要開 發(fā)新的噪聲濾除的算法進(jìn)行目標(biāo)信號的噪聲濾除。該算法基于峰度系數(shù)，能夠從目標(biāo)信號 中更大程度的將噪聲濾除，直接提取目標(biāo)信號進(jìn)行成像，使得成像結(jié)果更加準(zhǔn)確。該算法成 像結(jié)果能夠直觀的實現(xiàn)目標(biāo)存在與否的判斷和定位，非常適合于被掩埋目標(biāo)的檢測系統(tǒng)。
[0023] 圖1為探測系統(tǒng)所采用的天線陣列結(jié)構(gòu)和掩埋目標(biāo)的整體模型。其中包含五種不 同的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)有不同的介電常數(shù)，電導(dǎo)率等電磁特性，而目標(biāo)則被包含在該些不同的 結(jié)構(gòu)中。為滿足成像分辨率和探測深度的要求采用中屯、頻率為5GHz、帶寬為lOGHz的一階 導(dǎo)高斯信號，信號波形如圖2所示。具體實施過程如下：
[0024] 1.將得到的所有信號進(jìn)行EEMD(集成經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法）分解時選擇白噪聲系數(shù) 為1. 2,循環(huán)次數(shù)為50,得到分解后的本征模態(tài)函數(shù)（IMF1至IMF13,圖中標(biāo)為C1-C13)及剩 余項（rl3)。如圖2所示為天線A1發(fā)出超寬帶微波，由天線A3接收到的包含目標(biāo)信息的信 號原始圖W及經(jīng)過EEMD分解得到的IMF1至IMF13及其余項rl3的信號圖。
[002引 2.在得到所有的IMF(本征模態(tài)函數(shù)）之后，需要區(qū)分有效的目標(biāo)信號與噪聲信 號，該里引
[0026]
[0027]式中，C。即為第n個IMF,x(k)為原始信號。使用該公式計算所有的IMF與原始 信號之間的相關(guān)系數(shù)，得到的結(jié)果如表1所示。原始信號就是天線收發(fā)接收到的信號，需要 從原始信號中提取未見目標(biāo)信號，因為原始信號中包含