[發(fā)明專利]一種探地雷達(dá)雜波去除方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910006592.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN109709544A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳學(xué)禮;鄭文儉;孟凡華;甄然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/89
• 分類號(hào): G01S13/89;G01S7/36;G01S7/41
• 代理公司: 北京匯智英財(cái)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11301
• 代理人: 張瑋瑋

本發(fā)明涉及一種探地雷達(dá)雜波去除方法，包括如下步驟：步驟S1：利用Stolt偏移的方法對(duì)探地雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚焦處理，得到探地雷達(dá)圖像矩陣M；步驟S2：利用魯棒主成分分析方法對(duì)探地雷達(dá)圖像M進(jìn)行分解，得到低秩矩陣L和稀疏矩陣S，即為雜波L和目標(biāo)S；步驟S3：將雜波L去除，保留的目標(biāo)S即為最終去除雜波后的探地雷達(dá)圖像。本發(fā)明提供的探地雷達(dá)雜波去除方法，將Stolt偏移技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和魯棒主成分分析的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，相比于直接魯棒主成分分析算法，解決了目標(biāo)回波能量不集中的問題，大大提高了稀疏度，可以避免因主元選取不當(dāng)產(chǎn)生的較大誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探地雷達(dá)雜波去除方法。

背景技術(shù)

Stolt偏移技術(shù)是一種基于波動(dòng)方程的波動(dòng)偏移方法。該方法按照波動(dòng)方程的傳播規(guī)律，可以將探地雷達(dá)記錄波場進(jìn)行反向延拓來實(shí)現(xiàn)偏移成像。該方法在偏移的過程中保持了反射波的所有特征信息，衍射波得到很好的收斂，同時(shí)壓制了多次波的反射能量。其優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，運(yùn)算精度高。但是，Stolt偏移技術(shù)只能對(duì)稀疏信號(hào)進(jìn)行偏移，而對(duì)低階特性的雜波信號(hào)影響不大。

魯棒主成分分析是一種基于壓縮感知和稀疏表達(dá)理論的信號(hào)處理方法。目前，在圖像處理領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛。它的思想是將矩陣分解成一個(gè)低秩矩陣和一個(gè)稀疏矩陣之和。在探地雷達(dá)圖像中，目標(biāo)屬于少數(shù)的異常結(jié)構(gòu)，因此其反射回波是稀疏的成分，背景雜波是低秩成分。故可以認(rèn)為，在探地雷達(dá)圖像中，雜波分量可以用一個(gè)低秩矩陣來近似，而目標(biāo)回波可以用一個(gè)稀疏矩陣來近似，因此應(yīng)用魯棒主成分分析法能夠有效的將背景雜波和目標(biāo)回波分離，完成背景雜波的去除。

因此，若能將Stolt偏移技術(shù)及魯棒主成分分析方法整合起來，提供一種新的雷達(dá)信號(hào)處理方法，將可同時(shí)提高運(yùn)算速度及減小運(yùn)算誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種探地雷達(dá)雜波去除方法，包括如下步驟：

步驟S1：利用Stolt偏移的方法對(duì)探地雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚焦處理，得到探地雷達(dá)圖像矩陣M；

步驟S2：利用魯棒主成分分析方法對(duì)探地雷達(dá)圖像矩陣M進(jìn)行分解，得到低秩矩陣L和稀疏矩陣S，即為雜波L和目標(biāo)S；

步驟S3：將雜波L去除，保留的目標(biāo)S即為最終去除雜波后的探地雷達(dá)圖像。

其中，所述步S2包括：

步驟S21：初始化拉格朗日乘子Y、稀疏矩陣S、懲罰因子μ以及參數(shù)ρ；

步驟S22：通過下式進(jìn)行奇異值分解，得到矩陣U和V：

(U，∑，V)＝svd(M-S+μ^-1Y)；

步驟S23：通過下式，迭代更新低秩矩陣L，找到滿足L＝arg minF(L，S，Y，μ)的低秩矩陣L：

L＝US_1/μ(∑)V^T；其中，S_1/μ表示當(dāng)前迭代周期的迭代系數(shù)，V^T表示矩陣V的轉(zhuǎn)置矩陣；

步驟S24：通過下述公式迭代更新稀疏矩陣S：找到滿足S＝arg minF(L，S，Y，μ)的稀疏矩陣S：

S＝T_λ/μ(M-L+μ^-1Y)；其中，T_λ/μ表示當(dāng)前迭代周期內(nèi)與λ有關(guān)的迭代系數(shù)；λ表示折中因子；

步驟S25：檢查下終止條件||M-L-S||_F/||M||_F<預(yù)定誤差是否滿足，如果滿足，則結(jié)束迭代，如果不滿足，則更新懲罰因子μ和拉格朗日乘子Y，并利用當(dāng)前迭代周期結(jié)束時(shí)的稀疏矩陣S和低秩矩陣L，重復(fù)步驟S22-步驟S24，進(jìn)行下一個(gè)迭代，直至滿足終止條件；