一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法
2023-12-06 16:21:31
一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法
【專利摘要】本發明屬於多通道雜波抑制【技術領域】，特別涉及一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法。該基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法包括以下步驟：得出與雷達每個接收通道對應的距離—都卜勒圖像；根據每幅距離—都卜勒圖像，得出對應的距離—都卜勒數據；分別對距離—都卜勒數據矩陣進行列向量化處理，並將所有列向量組合成矩陣X；利用穩健主成分分析法對矩陣X進行分解，得出對應的稀疏矩陣S0；根據稀疏矩陣S0，得出至至為X1至XM中的子矩陣；根據至得出第j個都卜勒單元對應的最優權wopt,j；根據每個都卜勒單元對應的最優權進行雜波抑制，得出雜波抑制後結果Xout。
【專利說明】一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多通道雜波抑制【技術領域】，特別涉及一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法。
【背景技術】
[0002]合成孔徑雷達與動目標檢測(SAR/GMTI)技術在軍事和民用上具有重要的使用價值和廣闊的應用前景，是世界各國雷達技術研究的熱門領域。相比單通道SAR-GMTI系統而言，多通道SAR-GMTI系統可以有效地抑制雜波，實現低信噪比下慢速運動目標檢測。目前，基於多通道SAR-GMTI系統的信號處理方法，如相位中心偏置天線(DPCA:Displaced PhasedCenter Antenna)、空時自適應處理(STAP:Space-Time Adaptive Processing)等方法，具有良好的雜波抑制和微弱慢速運動目標檢測能力，在戰爭中發揮了重要作用，在各地掀起了有關方面的研究熱潮，有力地推動了 SAR-GMTI技術的發展與應用。
[0003]在雜波抑制過程中，利用線性約束最小方差準則，得到的濾波器最優權值與雜波的協方差矩陣有關。然而雜波能量遠大於動目標能量，因此動目標往往不可避免地被淹沒在強雜波背景中，最終造成估計協方差矩陣所選取的訓練樣本中包含有動目標信息，導致雜波抑制性能下降，甚至信號自相消。因此有效的選擇訓練樣本是提高雜波抑制性能的基礎。現有的訓練樣本選取方法主要有:1)廣義內積(GIP)法。2)基於廣義內積法的進一步改善方法。3)針對非平穩非高斯幹擾背景下的訓練樣本選取方法。4)基於知識輔助的訓練樣本選取方法。
[0004]但是上述這些方法中，大多都建立在雜波協方差矩陣估計準確的條件下。然而，在實際的回波數據中，由於動目標能量較小，而雜波能量較大，往往會出現動目標被淹沒在強雜波背景的情況。在這種環境下，無法有效獲取動目標的信息，使得動目標數據被錯誤地選取為訓練樣本，最終造成輸出信幹噪比下降，甚至目標自相消現象。為了更好的選取合適的訓練樣本，現有的基於廣義內積、功率選取的方法大多是基於數據域處理的，即設定不同的目標函數和門限去判斷哪裡可能包含目標，再將其去除，使得上述方法實用性較差且複雜度較高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提出一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法。本發明根據通道間相關性增強動目標先驗信息的可利用性，減少協方差矩陣估計中由於訓練樣本含有動目標分量而造成的估計偏差，提高雜波抑制的穩健性，實現強雜波下的動目標檢測。
[0006]為實現上述技術目的，本發明採用如下技術方案予以實現。
[0007]—種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法包括以下步驟:
[0008]S1:利用雷達的每個接收通道接收回波數據，對每組回波數據依次進行距離向脈衝壓縮處理、距離徙動校正，得出對應的一幅距離一都卜勒圖像；[0009]S2:根據每幅距離一都卜勒圖像，得出對應的距離一都卜勒數據，各個接收通道對應的距離一都卜勒數據表示為矩陣X1至XM，M為雷達的接收通道的個數，Xi表示第i接收通道對應的距離一都卜勒數據，i取I至M ;
[0010]S3:分別對矩陣X1至Xm進行列向量化處理，得到列向量Il1至ηΜ，然後將列向量nι 至 n m 組合成矩陣 X，X= [ n1,..., nm];
[0011]S4:利用穩健主成分分析法對矩陣X進行分解，得出對應的稀疏矩陣Stl ；
[0012]S5:稀疏矩陣Stl的第i列為Stl⑴，將Stl⑴按照從上到下的順序劃分b個列向量，b為Xi對應的距離維的長度，所述b個列向量的元素個數均為a，a為Xi對應的都卜勒維的長度，將所述b個列向量按劃分順序組合為對應的矩陣S (i);根據矩陣3(1)中的先驗信
息，分別在X1至Xm提取對應的子矩陣，得到X1至；
[0013]S6:根據得出第j個都卜勒單元對應的最優權；
[0014]S7:根據每個都卜勒單元對應的最優權進行雜波抑制，得出雜波抑制後結果X。#
[0015]本發明的特點和進一步改進在於:
[0016]在步驟S2中，對每幅距離一都卜勒圖像進行圖像配準；然後對配準後的圖像進行方位向傅立葉變換，得到對應的距離一都卜勒數據。
[0017]在步驟S5中，在獲得矩陣S(I)之後，在矩陣S(I)中挑選出一塊滿足以下條件的aXL維子矩陣S』⑴:子矩陣S』⑴的所有元素均為O ;L小於b;根據S』⑴在S(I)中的
位置，在矩陣Xi的對應位置提取出子矩陣；從而得到X1至文M ο所述步驟S6包括以下步驟:提取&第j行的元素，得到行向量，j取I至a ;
[0018]將至文組合成樣本數據
【權利要求】
1.一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法，其特徵在於，包括以下步驟: S1:利用雷達的每個接收通道接收回波數據，對每組回波數據依次進行距離向脈衝壓縮處理、距離徙動校正，得出對應的一幅距離一都卜勒圖像； S2:根據每幅距離一都卜勒圖像，得出對應的距離一都卜勒數據，各個接收通道對應的距離一都卜勒數據表示為矩陣X1至XM，M為雷達的接收通道的個數，Xi表示第i接收通道對應的距離一都卜勒數據，i取I至M ; S3:分別對矩陣X1至Xm進行列向量化處理，得到列向量\至ηΜ，然後將列向量1至Π K 組合成矩陣 X，X= [ Π 1，...，tI ι]; 54:利用穩健主成分分析法對矩陣X進行分解，得出對應的稀疏矩陣Stl ； 55:稀疏矩陣Stl的第i列為StlQ)，將StlQ)按照從上到下的順序劃分b個列向量，b為Xi對應的距離維的長度，所述b個列向量的元素個數均為a，a為Xi對應的都卜勒維的長度，將所述b個列向量按劃分順序組合為對應的矩陣S (i);根據矩陣3(1)中的先驗信息，分別在X1至Xm提取對應的子矩陣，得到X1至； 56:根據文1至乂?得出第j個都卜勒單元對應的最優權Wtjptij ； 57:根據每個都卜勒單元對應的最優權進行雜波抑制，得出雜波抑制後結果Χ_。
2.如權利要求1所述的一 種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法，其特徵在於，在步驟S2中，對每幅距離一都卜勒圖像進行圖像配準；然後對配準後的圖像進行方位向傅立葉變換，得到對應的距離一都卜勒數據。
3.如權利要求1所述的一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法，其特徵在於，在步驟S5中，在獲得矩陣S(I)之後，在矩陣S(I)中挑選出一塊滿足以下條件的aXL維子矩陣S』⑴:子矩陣S』⑴的所有元素均為O ;L小於b;根據S』⑴在S(I)中的位置，在矩陣Xi的對應位置提取出子矩陣X ;從而得到^至文、，。
4.如權利要求3所述的一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法，其特徵在於，所述步驟S6包括以下步驟:提取文,.第j行的元素，得到行向量，j取I至a ; 將X1, MXmj組合成樣本數據XO'): XU) =然後根據以下公式得出第j個都卜勒單元對應的最優權:
=R;'A
R _ X(j){X{j))u
j _ L 其中，A為設定的動目標的導向矢量，H表示矩陣的共軛轉置。
5.如權利要求1所述的一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法，其特徵在於，所述步驟S7包括以下步驟:首先在每個接收通道對應的距離一都卜勒數據中，提取第j個都卜勒單元的數據，得出X1(J)至XM(j)，j取I至a;將X1U)至XM(j)組合成MXb維矩陣 Xi (j)，則 Xi (j)為:
X(j) = [X1(J) ;X2(j) ;...；X?(j)]；然後，根據以下公式得出第j個都卜勒單元對應的雜波抑制後結果XoutU): U =;利用 Xout(I)至 Xout(a)得出雜波抑制後結果 Xout =Xout= [X0Ut (I) , X0Ut (2).....Xout (3)]。
6.如權利要求1所述的一種基於穩健主成分分析法的多通道雜波抑制方法，其特徵在於，所述步驟S4具體包括以下步驟:矩陣X的分解模型為=X=VSfNtl，其中，U、S0和Ntl為分解後的三個子矩陣&為稀疏矩陣； 然後根據最優化模型提取出U、S0和Ntl:
min I I L01 | *+ μ | | S01 11
s.t.1 IX-L0-S01 I F〈 δ 其中，Μ.Il1表示求1-範數，Il.Mf表示求F-範數，Il.I*表示求核範數；δ為設定的常數，μ表示權因子且μ>0。
【文檔編號】G01S7/41GK103901416SQ201410126523
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】廖桂生, 楊東, 朱聖棋, 高永嬋, 張學攀, 粟嘉 申請人:西安電子科技大學