[發(fā)明專利]一種基于小波包多閾值處理的海雜波去噪辦法

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• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN109001703A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 行鴻彥;閻妍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/41
• 分類號(hào): G01S7/41
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明公開一種基于小波包多閾值處理的海雜波去噪辦法，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。此方法主要分為四部分：第一步，利用海雜波數(shù)據(jù)的頻率特性，確定小波包分解層次。第二步，考慮到小波包分解時(shí)，分解系數(shù)的高頻部分存在翻轉(zhuǎn)情況，將分解系數(shù)按照頻率大小順序進(jìn)行排列。第三步，分別計(jì)算每個(gè)頻段的自相關(guān)函數(shù)，確定低頻、中頻、高頻部分。第四步，為每個(gè)頻段選取合適的閾值，對小波包系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到去噪后的海雜波信號(hào)。利用這一方法既能有效地去除低頻中的噪聲，又很好地保留了高頻中的有用信號(hào)，有效地解決了其他方法去噪效果不明顯或過度去噪的問題，與傳統(tǒng)海雜波去噪法在信噪比，均方根誤差等性能方面得到了較大的提升，可應(yīng)用于實(shí)際海雜波數(shù)據(jù)的處理中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海雜波去噪辦法，尤其是一種基于小波包多閾值處理的海雜波去噪辦法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

海雜波是指在雷達(dá)照射下海面的后向散射回波。常通過海雜波來研究海平面情況，探測海面或低空小目標(biāo)。而海雜波又受到多種因素的影響，如海風(fēng)、海浪、雷電等動(dòng)態(tài)噪聲與雷達(dá)自身的測量噪聲。

關(guān)于海雜波的去噪，早期的研究主要是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析海雜波特性，采用對數(shù)正態(tài)分布,Weibull分布以及復(fù)合K分布等構(gòu)建模型，其中復(fù)合K分布在實(shí)際應(yīng)用中近似效果較好。統(tǒng)計(jì)理論的一些經(jīng)典算法只有在高信噪比的條件下，同時(shí)默認(rèn)其為平穩(wěn)過程才能有效地處理海雜波數(shù)據(jù)。而實(shí)際海雜波具有非平穩(wěn)性、非線性，快速時(shí)變性，這就使得單一的統(tǒng)計(jì)模型無法充分反應(yīng)海雜波的物理特性。

在國外，1998年，Huang N E等人首先提出HHT變換(Hilbert-Huang Transform)，從信號(hào)本身出發(fā)，自適應(yīng)地分解信號(hào)，關(guān)注信號(hào)的瞬時(shí)頻率，具有更加精準(zhǔn)的譜結(jié)構(gòu)。2003年，A.Yasotharan和T.Thayparan在之前WVD分布(Wigner-Ville Distribution)的基礎(chǔ)上構(gòu)造了三種不同的模糊函數(shù)，并由不同的模糊函數(shù)重新定義了三種WVD分布，將其應(yīng)用到檢測海雜波信號(hào)中小目標(biāo)的研究中，對比發(fā)現(xiàn)新定義的三種WVD分布性能均優(yōu)于傳統(tǒng)傅里葉變換法，但是這種新方法對目標(biāo)信號(hào)運(yùn)動(dòng)的加速度有較高的要求。2009年，Wu等人通過分析白噪聲的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解特性(Empirical Mode Decomposition，EMD)，得出了白噪聲EMD分解后各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)分量的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。

在國內(nèi)，2002年，李士心和劉魯源提出了基于小波閾值去噪方法的研究，系統(tǒng)地分析了小波的軟閾值去噪、硬閾值去噪、garrote閾值去噪以及semisoft 閾值去噪四種閾值去噪方法，并把它們應(yīng)用到典型的含噪信號(hào)中進(jìn)行比較。2009 年，王福友提出基于小波閾值算法對實(shí)測海雜波數(shù)據(jù)去噪，并與均值和中值等去噪方法對比,得出小波算法在這兩項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于其他算法。2016年，朱清清提出基于集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)的海雜波去噪方法，并從預(yù)測誤差中檢測淹沒在海雜波背景中的微弱信號(hào)。

近年來，時(shí)頻變換作為一種非線性變換逐漸興起，它可以將時(shí)域或者頻域的各種一維信號(hào)轉(zhuǎn)換到時(shí)頻域來研究，同時(shí)觀測時(shí)間和頻率的變化現(xiàn)象來提取有用信號(hào)。現(xiàn)階段的時(shí)頻變換主要有短時(shí)傅里葉變換、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換、 WVD-Hough變換、魏格納一維爾分布、小波變換等。小波變換最近幾年逐漸被應(yīng)用起來處理各種工程問題，具有良好的時(shí)域分析特性，是一種快速而有效的信號(hào)降噪方法。小波包變換作為小波變換的拓展，去噪效果更好，他不僅具有小波變換處理低頻部分的能力，還可以分解觀測數(shù)據(jù)的高頻部分，收集各個(gè)頻段的有用信息。基于這種良好特性，其在信號(hào)分析、地震勘測、語音識(shí)別、圖像處理等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)海雜波去噪方法效果不明顯或過度去噪的缺陷，提出一種基于小波包多閾值處理的海雜波去噪辦法，引入小波包多閾值處理手段，利用海雜波數(shù)據(jù)的頻率特性，確定小波包分解層次，通過自相關(guān)函數(shù)確定低頻、中頻、高頻部分，每個(gè)頻段選取合適的閾值，對小波包系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到去噪后的海雜波信號(hào)。