[發明專利]基于變分編碼-解碼網絡的寬帶雷達復回波去噪方法

有效

• 申請號: 201910421769.3
• 申請日: 2019-05-21
• 公開（公告）號: CN110118958B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 杜蘭;廖磊瑤;陳健;張維
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

1.一種基于變分編碼-解碼網絡的寬帶雷達復回波去噪方法，其特征在于，通過利用變分編碼-解碼網絡對含噪信號進行去噪，包括有以下步驟：

(1)獲取雷達原始數據并構成訓練集和測試集：在合作條件下獲取高信噪比雷達寬帶復回波數據集，并對其做快速傅里葉變換，得到寬帶雷達目標的復距離像的復頻譜，并對每一個距離像的復頻譜做歸一化，構成訓練集；在實際環境及非合作條件下獲取含噪的寬帶雷達目標復回波數據集，做快速傅里葉變換并歸一化得到含噪復距離像的復頻譜構成的測試集，N表示距離像的個數，P表示距離像的維度；

(2)構建變分編碼-解碼網絡結構并初始化：解碼網絡部分結合寬帶雷達信號的散射點模型，固定解碼網絡權值為傅里葉基，而編碼網絡對散射點模型中的復散射系數進行變分推斷，實現信號去噪，具體有

2a)網絡層數以及節點數設置：編碼網絡部分各層的網絡節點數為P-·-K，其中輸入層節點數與復距離像的維度P一致，·表示隱層及其節點數，K表示生成復散射系數的維度，解碼網絡部分節點數為K-P,其中解碼網絡的輸出也為復距離像，因此輸出層節點數也為P；

2b)初始化變分編碼-解碼網絡權值：解碼網絡部分的權值固定為傅里葉基Φ₁或Φ₂，當解碼網絡的權值采用正常分辨率的傅里葉基Φ₁時，K＝P，當采用兩倍超分辨率傅里葉基Φ₂時，K＝2P，同時隨機初始化編碼網絡部分的權值；

(3)訓練變分編碼-解碼網絡：

3a)將訓練集輸入到構建的變分編碼-解碼網絡中，利用隨機梯度下降法迭代更新變分編碼-解碼網絡中編碼網絡部分的權值，解碼網絡部分權值固定；

3b)判斷相鄰兩次迭代時目標函數變化量是否小于門限Th，如果是，則迭代終止，變分編碼-解碼網絡訓練結束，否則，繼續迭代更新網絡參數，直至相鄰兩次迭代時目標函數變化量小于門限Th；

(4)利用已訓練的變分編碼-解碼網絡對含噪測試數據進行去噪：

將測試集輸入到已訓練的變分編碼-解碼網絡中，網絡最后一層的輸出即為去噪后的復頻譜，對去噪后的復頻譜做快速逆傅里葉變換，得到去噪后的寬帶雷達目標的復距離像。

2.根據權利要求1中所述的基于變分編碼-解碼網絡的寬帶雷達復回波去噪方法，其特征在于，步驟(2)中所述的構建變分編碼-解碼網絡結構，自輸入層到輸出層對其中每一層作具體的說明：

2.1)輸入層：將訓練集經過輸入層輸入到變分編碼-解碼網絡中，輸入層的網絡節點與輸入數據的維度一致；

2.2)編碼器隱層：設置隱層個數及節點數，隱層網絡各層的前向傳播表示為：

其中，{W₁、…、W_H-1、b₁、…、b_H-1}為網絡權值和偏置，均為復數，{a₂,…,a_H}為各隱層的輸出，也為復數，tanh表示雙曲正切函數，real(·)表示對·取實部，imag(·)表示對·取虛部，(H-1)為隱層個數；

2.3)復散射系數生成層：復散射系數生成層具有三個輸出，分別為復高斯分布的變量z₀的均值μ_z和標準差σ_z，以及稀疏系數s對復高斯分布的變量z₀的均值μ_z和標準差σ_z再參數化得到高斯分布的采樣值z₀，采樣值點乘上一個稀疏系數s，得到最終的復散射系數z；復散射系數生成層的高斯采樣值z₀通過一個KL約束項對高斯分布的分布形式進行約束，同時，通過另一個KL約束項對稀疏系數s作稀疏約束；

2.4)解碼器隱層：解碼器部分網絡權值或固定為正交傅里葉基Φ₁或者固定兩倍超分辨傅里葉基Φ₂；

2.5)輸出層，輸出信號也為復距離像的復頻譜，其節點數也為復距離像的維度，且輸出層采用線性激活函數，即：

a_out＝Wz

其中，W為正交傅里葉基Φ₁或者兩倍超分辨傅里葉基Φ₂；

2.6)變分編碼-解碼網絡的目標函數L表示為：

其中，logp(y_i|z_i)表示重構項，D_KL(q(z_i)||p(z|0,1))表示復散射系數的分布約束項，表示稀疏系數的約束項，λ表示稀疏約束項的權重，為網絡可調參數。