一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，包括：对回波信号进行STFT得到时频谱，计算每一时频点的瞬时能量；等分时频谱的频率区间，计算每个时间点下频率子区间占总频率区间的能量占比；针对每个时间点，选取能量占比最大的频率子区间的幅度均值作为滤波阈值，用阈值对该时间点下的时频点进行滤波；对滤波后的时频谱进行逆短时傅里叶变换，并对得到的回波信号矩阵进行奇异值分解；从奇异值分解结果中选取表征杂波的奇异值集合，基于奇异值集合构建信号子空间矩阵；将回波信号矩阵投影到信号子空间矩阵中，得到抑制杂波后的回波信号。本发明专利技术在强海杂波环境下实现有效海杂波抑制，提升了雷达对弱目标的检测能力。检测能力。检测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法


[0001]本专利技术属于雷达
，具体涉及一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法。

技术介绍

[0002]在雷达处理接收到的信号时，杂波成分会对目标信号的检测产生不良影响，若不加以抑制，则无法准确有效地发现目标。因此，如何有效地对杂波进行抑制，提升强杂波环境下慢动目标的检测性能，意义十分重大。
[0003]在真实海杂波环境中，海杂波干扰强度大，雷达面临的干扰种类复杂，频谱中心频率变化大，往往还具有非高斯、非平稳特性。同时海面上低速目标多普勒频移较小，与强杂波及低频杂波在多普勒域存在严重交叠。
[0004]现有技术中，传统的杂波抑制方法如MTI(MovingTarget Indication，动目标显示)及MTD(MovingTargets Detection，动目标检测)算法可从时域或频域上滤除杂波，但进行慢动目标检测时，当目标与零频杂波在多普勒域严重交叠时，难以区分目标与杂波信号。两脉冲对消等基于频域滤波器的杂波抑制方法中，当目标与零频杂波在多普勒域存在严重交叠时，很难有效抑制海杂波。Sira等提出了基于子空间方法的海杂波抑制技术，通过估计海杂波子空间来进行海杂波抑制。基于子空间的算法其本质是基于信号特征，通过对回波信号矩阵进行特征分解，分离杂波子空间，从而抑制信号中杂波成分，突显目标。其中，杂波子空间的选择直接影响抑制效果。Rafaat Khan等提出基于奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)的海杂波抑制技术，该算法在海杂波的布拉格尖峰不显著情况下，很难有效抑制掉海杂波。此外，在使用奇异值分解算法进行杂波抑制时，奇异值的选择会影响杂波子空间的生成，从而影响抑制效果，容易产生杂波滤除不彻底或将弱目标当作杂波抑制掉的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法。
[0006]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，包括：A、对包含杂波的回波信号进行短时傅里叶变换，得到所述回波信号的时频谱，并计算时频谱的每一时频点的瞬时能量；B、等分时频谱的频率区间，针对时频谱的每个时间点，计算该时间点下的每个频率子区间占总频率区间的能量占比；C、针对时频谱的每个时间点，选取该时间点下能量占比最大的频率子区间的幅度均值作为滤波阈值，并用该滤波阈值对该时间点下的时频点进行滤波，得到滤波后的时频谱；
D、对滤波后的时频谱进行逆短时傅里叶变换，并对变换得到的回波信号矩阵进行奇异值分解，得到奇异值分解结果；E、从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，并基于所述奇异值集合构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵；F、将所述回波信号矩阵投影到所述信号子空间矩阵中，得到抑制杂波后的回波信号。
[0007]可选地，所述基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法还包括：在步骤C之后以及步骤D之前，判断滤波后的时频谱中是否仍存在杂波干扰；若仍存在杂波干扰，将滤波后的时频谱作为步骤B的输入，重复执行步骤B~C；若不存在杂波干扰，继续执行步骤D。
[0008]可选地，所述从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，包括：利用基于K
‑
均值聚类的杂波基选取方法，从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合。
[0009]可选地，所述从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，包括：利用求差分谱的方法，从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合。
[0010]可选地，基于所述奇异值集合构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵，包括：基于所述奇异值集合，计算表征杂波子空间的奇异向量矢量积，计算公式为；根据所述奇异向量矢量积利用最小二乘法构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵，计算公式为；其中，表示所述奇异值集合，为所述奇异值分解结果中对应里的第个奇异值的左奇异向量，为所述奇异值分解结果中对应里的第个奇异值的右奇异向量，上标表示矩阵的共轭转置，表示所述奇异向量矢量积，为单位矩阵，表示信号子空间矩阵。
[0011]可选地，所述基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，应用于雷达。
[0012]本专利技术还提供了一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制装置，包括：第一计算模块，用于对包含杂波的回波信号进行短时傅里叶变换，得到所述回波信号的时频谱，并计算时频谱的每一时频点的瞬时能量；第二计算模块，用于等分时频谱的频率区间，针对时频谱的每个时间点，计算该时间点下的每个频率子区间占总频率区间的能量占比；滤波模块，用于针对时频谱的每个时间点，选取该时间点下能量占比最大的频率子区间的幅度均值作为滤波阈值，并用该滤波阈值对该时间点下的时频点进行滤波，得到
滤波后的时频谱；第三计算模块，用于对滤波后的时频谱进行逆短时傅里叶变换，并对变换得到的回波信号矩阵进行奇异值分解，得到奇异值分解结果；构建模块，用于从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，并基于所述奇异值集合构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵；矩阵投影模块，用于将所述回波信号矩阵投影到所述信号子空间矩阵中，得到抑制杂波后的回波信号。
[0013]可选地，所述装置还包括：判断模块；所述判断模块，用于在所述滤波模块被触发之后以及所述第三计算模块被触发之前，判断滤波后的时频谱中是否仍存在杂波干扰；若仍存在杂波干扰，将滤波后的时频谱作为所述第二计算模块的输入，重新触发所述第二计算模块和所述滤波模块工作；若不存在杂波干扰，继续触发所述第三计算模块。
[0014]可选地，所述构建模块，包括：第一计算子模块，用于基于所述奇异值集合，计算表征杂波子空间的奇异向量矢量积，计算公式为；第二计算子模块，用于根据所述奇异向量矢量积利用最小二乘法构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵，计算公式为；其中，表示所述奇异值集合，为所述奇异值分解结果中对应里的第个奇异值的左奇异向量，为所述奇异值分解结果中对应里的第个奇异值的右奇异向量，上标表示矩阵的共轭转置，表示所述奇异向量矢量积，为单位矩阵，表示信号子空间矩阵。
[0015]本专利技术提供的基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，将时频谱能量分布与奇异值分解进行结合，改进了海杂波抑制处理方法，能够有效滤除海杂波信号和保护低速目标信号能量，在滤除干扰信号的同时能减少有效信号的损失，提高了目标信杂噪比，克服了现有技术在强海杂波环境下海杂波抑制效果较差、容易将弱目标当作杂波抑制掉的问题，提升了雷达检测能力。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例提供的一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的另一种基于时频谱能量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，其特征在于，包括：A、对包含杂波的回波信号进行短时傅里叶变换，得到所述回波信号的时频谱，并计算时频谱的每一时频点的瞬时能量；B、等分时频谱的频率区间，针对时频谱的每个时间点，计算该时间点下的每个频率子区间占总频率区间的能量占比；C、针对时频谱的每个时间点，选取该时间点下能量占比最大的频率子区间的幅度均值作为滤波阈值，并用该滤波阈值对该时间点下的时频点进行滤波，得到滤波后的时频谱；D、对滤波后的时频谱进行逆短时傅里叶变换，并对变换得到的回波信号矩阵进行奇异值分解，得到奇异值分解结果；E、从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，并基于所述奇异值集合构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵；F、将所述回波信号矩阵投影到所述信号子空间矩阵中，得到抑制杂波后的回波信号。2.根据权利要求1所述的基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，其特征在于，还包括：在步骤C之后以及步骤D之前，判断滤波后的时频谱中是否仍存在杂波干扰；若仍存在杂波干扰，将滤波后的时频谱作为步骤B的输入，重复执行步骤B~C；若不存在杂波干扰，继续执行步骤D。3.根据权利要求1所述的基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，其特征在于，所述从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，包括：利用基于K
‑
均值聚类的杂波基选取方法，从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合。4.根据权利要求1所述的基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，其特征在于，所述从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合，包括：利用求差分谱的方法，从所述奇异值分解结果中选取若干杂波子空间的奇异值构成表征杂波的奇异值集合。5.根据权利要求1所述的基于时频谱能量分布与奇异值分解的海杂波抑制方法，其特征在于，基于所述奇异值集合构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵，包括：基于所述奇异值集合，计算表征杂波子空间的奇异向量矢量积，计算公式为；根据所述奇异向量矢量积利用最小二乘法构建与杂波子空间正交的信号子空间矩阵，计算公式为；其中，表示所述奇异值集合，为所述奇异值分解结果中对应里的第个奇异值的左奇异向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：左磊，陈锐琪，李亚超，高永婵，禄晓飞，孙李斌，张墨，李响，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：