基于弹道靶实验平台的等离子体尾迹散射信号的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弹道靶实验平台的等离子体尾迹散射信号的提取方法。本发明专利技术基于小波阈值降噪方法，通过带内噪声的抑制，提取尾迹散射信号，从而可以很好地克服滤波方法的劣势，得到较为纯净的尾迹散射信号。本发明专利技术首先对尾迹散射信号进行非抽取离散小波变换处理，并将得到的各阶细节系数在时域上分为多个部分，然后分别计算每个部分的部分和比LSR，再基于各部分的LSR将其分为两类：噪声和信号部分；然后分别对噪声和信号部分的细节系数的时域值设置降噪阈值，再基于降噪阈值进行降噪处理，得到各阶降噪后的细节系数的时域值；最后再进行非抽取离散小波逆变换处理，得到提取信号。所提取的信号波形完整且平滑，符合多普勒信号的形式。

【技术实现步骤摘要】
基于弹道靶实验平台的等离子体尾迹散射信号的提取方法
本专利技术属于信号提取处理
，具体涉及尾迹散射信号的提取方法。
技术介绍
当目标以超高速运动时(比如航天器再入地球大气)，会与空气产生剧烈的相互作用，从而在其尾部产生等离子体尾迹。为了在实验室环境下模拟这种运动，采用弹道靶平台进行实验。雷达是弹道靶实验中常用的测量设备。但是由于雷达发射功率有限，噪声性能较差，发射的超高速目标产生的尾迹散射很弱，使得尾迹的散射信号信噪比较低，不能正确反映其对电磁波的作用。目前，现有的弹道靶实验中少有关于尾迹信号提取的工作。一般对实验信号的降噪方法是滤波。因为实验中测得的散射信号具有多普勒频移，通过测速仪等测试数据估算弹头及尾迹的速度可以确定各自的多普勒频率，从而在频域上使用带通滤波器获得对应的信号。采用这种方法可以滤除大部分的带外噪声，但是对于通带内的噪声没有抑制。对于超高速弹头来说，其散射较强，因此散射信号信噪比较高，滤波后其带内噪声对后续的处理影响较小。但是尾迹散射信号信噪比很低，带内噪声对信号的干扰较强，因此滤波方法不适用于尾迹散射信号的提取。因此有必要提出一种能获取到较为纯净的尾迹散射信号的提取新方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，基于小波阈值降噪(waveletshrinkage)方法，提出一种适用于弹道靶实验环境的尾迹散射信号提取方法，通过带内噪声的抑制，提取尾迹散射信号，从而可以很好地克服滤波方法的劣势，得到较为纯净的尾迹散射信号。本专利技术基于弹道靶实验平台的等离子体尾迹散射信号的提取方法，包括下列步骤：步骤S1：基于预设的阶数J，对基于弹道靶实验平台获取的尾迹散射信号(即基于弹道靶实验平台进行弹道靶实验测试所得到的尾迹散射信号)作J阶UDWT，得到J阶细节系数序列和近似系数序列，其中每阶细节系数序列的长度定义为N；步骤S2：分别对每阶细节系数序列进行阈值降噪处理：步骤S201：将每阶细节系数序列均分为K个部分(即均分为K个子序列)，每个子序列的长度定义为L；步骤S202：根据公式计算每个子序列的部分和比LSRj,k；其中，Di,j表示第j阶第i个采样点的细节系数，k＝1,2,...,K；并与预定的判定阈值Tr作比较，若第k个子序列的部分和比LSRj,k大于或等于阈值Tr，则当前子序列为信号子序列；否则为噪声子序列；步骤S203：计算每个细节系数的降噪阈值：若当前细节系数Di,j属于噪声子序列，则对应的降噪阈值λi,j为细节系数Di,j所在的子序列中的细节系数的绝对值中的最大者；若当前细节系数Di,j属于信号子序列，则对应的降噪阈值λi,j为第j阶的所有噪声子序列中的细节系数的绝对值的中值；即其中，|Pk,j|为第j阶细节系数序列的第k部分(对应的细节系数取绝对值)，median(·)为中位数运算，[|Pk1,j|,|Pk2,j|,...|PkM,j|]为判断后第j阶所有噪声部分的集合(对应的细节系数取绝对值)；步骤S204：对细节系数进行阈值降噪处理，得到噪声抑制后的细节系数从而得到每阶噪声抑制后的细节系数序列，其中步骤S3：基于J阶UDWT得到的J阶近似系数序列，以及J阶噪声抑制后的细节系数序列作逆UDWT，得到提取的散射信号。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：通过带内噪声的抑制，提取尾迹散射信号，从而可以很好地克服滤波方法的劣势，得到较为纯净的尾迹散射信号。且提取的尾迹散射信号信噪比有明显的提高，在信噪比较低的情况下，提取信号的信噪比仍有较好的改善，可以将其推广至其他噪声性能恶劣的环境中。同时，本专利技术的提取信号对原始信号的还原程度较高，适用于一些要求精确测量的场合。附图说明图1为具体实施方式中，本专利技术的信号提取流程示意图；图2为实施例中的仿真结果对比图，其中图2-a为带噪声信号；图2-b为提取后信号；图2-c为原始参考信号；图3为实施例中的实验结果对比图，其中图3-a为原始接收信号；图3-b为提取后信号。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术基于小波阈值降噪(waveletshrinkage)方法，提出了一种适用于弹道靶实验环境的尾迹散射信号提取方法，通过带内噪声的抑制，提取尾迹散射信号，从而可以很好地克服滤波方法的劣势，得到较为纯净的尾迹散射信号。通过离散小波变换，可以得到信号的细节(Detail)系数和近似(Approximation)系数。现有的小波阈值降噪方法对每一阶细节系数采用固定的阈值(近似系数不作处理)，从抑制噪声的角度考虑，选取的阈值应当尽可能的高；但是为了更好地保护信号所携带的信息，其阈值应当选得较低。这种方法在信噪比较高的情况下能够较好地提取信号，但是当信噪比降低时，由于上述矛盾而无法很好地达到抑制噪声/提取信号的目的。为了解决这一矛盾，本专利技术从细节系数的时域考虑，通过采用非抽取离散小波变换(UndecimatedDiscreteWaveletTransform，UDWT)处理散射信号，对细节系数中不同的部分(噪声部分和信号部分)采用不同的阈值，以权衡上述矛盾。为了判断细节系数中的噪声部分以及信号部分，本专利技术定义一个称为“部分和比(LocalSumRatio，LSR)”的参量来衡量细节系数的噪声水平，其定义为公式(1)所示：其中，Di,j表示细节系数，下标j表示阶数，i表示采样点，即Di,j表示第j阶细节系数的第i个采样点；N为细节系数的长度；对于每一细节系数来说，其在时域上被分为K个部分，L为每一部分的长度，k为序号。若噪声经过UDWT后其细节系数仍服从高斯分布，这样对于噪声来说，其在小波域(waveletdomain)每一阶细节系数的均值(LSRref)在时域上保持不变，即有：LSRref＝L/N(2)若处理信号为高斯白噪声，其细节系数每一部分的LSR应当满足式(2)。对于尾迹的散射信号来说，若尾迹由一系列离散的散射点组成，这样其散射信号在时域上是分离的点目标的多普勒信号的叠加，这样经过UDWT后细节系数仍具有类似的稀疏性。实际实验中测得的信号为散射信号(s0(t))与噪声(sn(t))的叠加，即：s(t)＝s0(t)+sn(t)(3)对于这样的信号，当细节系数某一部分没有信号时，其LSR小于LSRref，当某一部分存在信号时，由于信号能量的集中，使得这一部分LSR较大，所以其LSR应大于LSRref。因而，本专利技术通过与每一阶细节系数的均值LSRref的比较，将细节系数被分为了噪声部分和信号部分。然后，再采用不同的阈值分别对两部分进行阈值降噪，其阈值函数(ThresholdFunction)为：其中，λi,j分别表示噪声抑制后的细节系数，以及细节系数阈值，函数sgn(·)的表达式为：细节系数阈值λi,j的取值方式为：其中，|Pk,j|为第j阶细节系数的第k部分(对应的细节系数取绝对值)，且细节系数Di,j∈Pk,j；median(·)为中位数运算，Tr为预设的标准以区分噪声部分和信号部分，本具体实施方式中，因为待提取信号(即尾迹散射信号)信噪比较低，取Tr＝1.5，对于大多数高信噪比情况，可以取Tr＝LSRref。[|Pk1,j|,|Pk2,j|本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于弹道靶实验平台的等离子体尾迹散射信号的提取方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤S1：基于预设的阶数J，对基于弹道靶实验平台获取的尾迹散射信号作J阶UDWT，得到J阶细节系数序列和近似系数序列，其中每阶细节系数序列的长度定义为N；步骤S2：分别对每阶细节系数序列进行阈值降噪处理：步骤S201：将每阶细节系数序列均分为K个子序列，每个子序列的长度用定义为L；步骤S202：根据公式

【技术特征摘要】
1.基于弹道靶实验平台的等离子体尾迹散射信号的提取方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤S1：基于预设的阶数J，对基于弹道靶实验平台获取的尾迹散射信号作J阶UDWT，得到J阶细节系数序列和近似系数序列，其中每阶细节系数序列的长度定义为N；步骤S2：分别对每阶细节系数序列进行阈值降噪处理：步骤S201：将每阶细节系数序列均分为K个子序列，每个子序列的长度用定义为L；步骤S202：根据公式计算每个子序列的部分和比LSRj,k；其中，Di,j表示第j阶第i个采样点的细节系数，k＝1,2,...,K；并与预定的判定阈值Tr作比较，若第k个子序列的部分和比LSRj,k大于或等于阈值Tr，则当前子序列为信号子序列；否则为噪声子序列；步骤S203：计算每个细节系数的降噪阈值：若当前细节系数Di,j属于噪声子序列，则对应的降噪阈值λi,j为细节系数Di,j所在的子序列中的细节系数的绝对值中...

【专利技术属性】
技术研发人员：田径，蒋碧瀟，雷世文，胡皓全，唐璞，陈波，何子远，杨伟，冯梅，杨显清，潘春洋，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51