本发明专利技术公开了一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法，针对SAR宽窄带干扰同时抑制问题，利用RPCA低秩恢复算法，通过迭代优化求解混合干扰信号矩阵和有用SAR信号矩阵，完成有用SAR信号提取，实现复杂的窄带干扰和宽带干扰同时抑制。本发明专利技术可以避免稀疏恢复方法字典构造不准确导致的缺陷，干扰抑制性能和运算复杂度优于基于时频变换的传统非参数化方法，在实际应用中能够更稳健和精确地抑制复杂的宽窄带干扰信号。
A method of SAR wide and narrow band interference suppression based on low rank recovery
【技术实现步骤摘要】
一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法
本专利技术属于雷达干扰抑制技术，具体涉及一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法。
技术介绍
空/天基对地监视合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)系统常常面临非蓄意干扰问题。干扰极大地降低了SAR图像质量，使得SAR图像模糊、被观测的目标细节信息丢失，从而影响SAR系统的对地监视效能。这些干扰主要分为窄带干扰和宽带干扰两类。目前，大部分可用的干扰抑制方法可分为参数化方法、非参数化方法和半参数化方法三类，并且主要仅应用于抑制窄带干扰或宽带干扰。参数化方法严重依赖于模型的准确程度，模型失配将会导致干扰抑制效果恶化。非参数化方法可以避免参数化方法的模型失配问题，具有更广泛的应用范围，例如可以通过设计滤波器和构造子空间投影来抑制SAR回波信号中的窄带和宽带强干扰。但是非参数化方法需要对每个雷达脉冲数据都进行时频变换，存在运算复杂度高的问题。近几年，优化方法被广泛地运用干扰抑制，由于超参数的运用，优化方法也被称为半参数化方法，Liu等人利用稀疏表示方法在短时傅里叶变换的二维时间-频率域中恢复了SAR回波(H.Liu,D.Li,Y.Zhou,T.Truong,SimultaneousRadioFrequencyandWidebandInterferenceSuppressioninSARSignalsviaSparsityExploitationinTime-FrequencyDomain,IEEETrans.Geosci.RemoteSens.,vol.56,no.10,pp.5780-5793,Oct.2018.)，然而该方法主要关注于如何表示或抑制孤立干扰，这在实际应用中仍然过于理想，并且时频变换的引入了提高了计算复杂度。Huang等人基于联合稀疏低秩的SAR窄带射频干扰抑制方法，提高窄带射频干扰抑制性能(Y.Huang,G.Liao,J.Li,J.Xu,NarrowbandRFISuppressionforSARSystemviaFastImplementationofJointSparsityandLow-rankProperty,IEEETrans.onGeosci.andRemoteSens.,vol.56,no.5,pp.2748-2761,May2018.)。然而，在同时存在多个窄带干扰和宽带干扰等复杂干扰情况下，上述基于稀疏特性的半参数化方法则可能会失效，而参数化方法则难以估计复杂干扰频谱的参数和实现干扰抑制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法，有效解决了SAR宽窄带干扰同时抑制问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法，利用RPCA低秩恢复算法，通过迭代优化求解混合干扰信号矩阵和有用SAR信号矩阵，完成有用SAR信号提取，实现复杂的窄带干扰和宽带干扰同时抑制，可以避免稀疏恢复方法字典构造不准确导致的缺陷，干扰抑制性能和运算复杂度优于基于时频变换的传统非参数化方法，在实际应用中能够更稳健和精确地抑制复杂的宽窄带干扰信号。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)无需进行时频变换，运算复杂度和干扰抑制性能优于基于时频变换的传统非参数化方法。(2)本专利技术提出的方法在实际应用中能够更稳健和精确地抑制复杂的宽窄带干扰信号。附图说明图1为3类干扰在距离-方位时间域、频率域和时-频域上的分布图，图(a)为窄带干扰信号的距离-方位时间域分布图，图(b)为窄带干扰信号的频率域分布图，图(c)为窄带干扰信号的时-频域分布图，图(d)为调频调制宽带干扰信号的距离-方位时间域分布图，图(e)为调频调制宽带干扰信号的频率域分布图，图(f)为调频调制宽带干扰信号的时-频域分布图，图(g)为正弦调制宽带干扰信号的距离-方位时间域分布图，图(h)为正弦调制宽带干扰信号的频率域分布图，图(i)为正弦调制宽带干扰信号的时-频域分布图。图2为复杂干扰信号环境示意图，图(a)为复杂干扰信号在距离时间-方位脉冲域分布图，图(b)为复杂干扰信号在频率域分布图，图(c)为复杂干扰信号在时间-频率域分布图。图3为仿真的混合干扰信号在频率域和时-频域分布图，图(a)为仿真的混合干扰信号在频率域分布图，图(b)为仿真的混合干扰信号在时-频域分布图。图4为无干扰信号和有干扰污染的SAR图像对比图，图(a)为无干扰SAR图像，图(b)为有干扰的SAR图像。图5为干扰抑制结果对比图，图(a)为子空间投影方法的干扰抑制后SAR图像，图(b)为本专利技术所提低秩恢复方法的干扰抑制后SAR图像。图6为本专利技术基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图6，本专利技术所述的一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法，步骤如下：步骤一、SAR系统接收到的雷达回波信号可以认为是有用SAR回波信号、混合干扰信号和背景噪声组成。SAR系统接收到的每个脉冲信号一维距离时域模型记为y(k)＝x(k)+i(k)+n(k)＝x(k)+nbi(k)+wbi(k)+n(k)式中，距离采样点序号k＝1,…,K，K为总的距离采样个数，y表示SAR系统接收到的雷达回波脉冲信号、x表示SAR系统接收到的有用SAR回波脉冲信号、nbi表示SAR系统接收到的窄带干扰脉冲信号、wbi表示SAR系统接收到的宽带干扰脉冲信号、n表示SAR系统接收到的噪声信号和i分别表示SAR系统接收到的混合干扰脉冲信号。一般来说，SAR系统接收到的雷达回波信号是距离时域-方位脉冲维形式，即Y(k,l)＝X(k,l)+I(k,l)+N(k,l)＝X(k,l)+NBI(k,l)+WBI(k,l)+N(k,l)式中，方位脉冲序号l＝1,…,L，L表示总的方位脉冲个数，大写字母且均为复矩阵；Y表示SAR系统接收到的雷达回波脉冲信号矩阵，Y(k,l)表示SAR系统接收到的雷达回波脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；X表示有用SAR回波脉冲信号矩阵，X(k,l)表示有用SAR回波脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；I表示混合干扰脉冲信号矩阵，I(k,l)表示混合干扰脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；N表示噪声信号矩阵，N(k,l)表示噪声信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；NBI表示窄带干扰脉冲信号矩阵，NBI(k,l)表示窄带干扰脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；WBI表示宽带干扰脉冲信号矩阵，WBI(k,l)表示宽带干扰脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素。窄带干扰NBI(k,l)可以表示为N个正弦信号之和，即式中，An(l)表示第n个窄带干本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一、SAR系统接收到的雷达回波信号，所述雷达回波信号距离时域-方位脉冲维形式记为/nY(k,l)＝X(k,l)+I(k,l)+N(k,l)/n＝X(k,l)+NBI(k,l)+WBI(k,l)+N(k,l)/n式中，距离采样点序号k＝1,...,K，K为总的距离采样个数，方位脉冲序号l＝1,...,L，L表示总的方位脉冲个数；/n
【技术特征摘要】
1.一种基于低秩恢复的SAR宽窄带干扰同时抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、SAR系统接收到的雷达回波信号，所述雷达回波信号距离时域-方位脉冲维形式记为
Y(k,l)＝X(k,l)+I(k,l)+N(k,l)
＝X(k,l)+NBI(k,l)+WBI(k,l)+N(k,l)
式中，距离采样点序号k＝1,...,K，K为总的距离采样个数，方位脉冲序号l＝1,...,L，L表示总的方位脉冲个数；
且均为复矩阵；
Y表示SAR系统接收到的雷达回波脉冲信号矩阵，Y(k,l)表示SAR系统接收到的雷达回波脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；
X表示有用SAR回波脉冲信号矩阵，X(k,l)表示有用SAR回波脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；
I表示混合干扰脉冲信号矩阵，I(k,l)表示混合干扰脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；
N表示噪声信号矩阵，N(k,l)表示噪声信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；
NBI表示窄带干扰脉冲信号矩阵，NBI(k,l)表示窄带干扰脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；
WBI表示宽带干扰脉冲信号矩阵，WBI(k,l)表示宽带干扰脉冲信号矩阵中第l个脉冲的第k个距离采样点的复数据元素；
步骤二、通过低秩矩阵恢复法抑制雷达回波信号的宽窄带干扰：
根据混合干扰信号矩阵I的低秩特性，采用矩阵秩函数rank(·)来约束混合干扰信号矩阵I，利用正则化项保护有用SAR回波信号矩阵X，即SAR宽窄带干扰同时抑制由如下低秩矩阵恢复的优化问题实现：
式中，表示搜索复矩阵I、X使得函数f(I,X)取得最小值，||·||R表示保护有用SAR回波信号矩阵的正则化约束，平衡目标函数项的超参数λ＞0，约束噪声水平的超参数δ＞0，||·||F为矩阵的Frobenius范数，即矩阵所有元素的平方之和开根号；为了能够有效地求解上述式(I)的优化问题，采用矩阵的核范数||·||*替代矩阵秩函数rank(·)，并利用矩阵的l1范数来保护有用SAR回波信号矩阵，即
式中，||·||*表示矩...
【专利技术属性】
技术研发人员：许华健，刘志凌，黄岩，陈卓，卢鑫，刘志武，
申请(专利权)人：中国航天科工集团八五一一研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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