[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

本發明公開了一種基于變分編碼?解碼網絡的寬帶雷達復回波去噪方法，解決了傳統去噪耗時長、對噪聲先驗依賴的問題。實現步驟：分別獲取高信噪比和含噪復距離像的復頻譜構成訓練集以及測試集；構建變分編碼?解碼網絡；利用訓練集訓練變分編碼?解碼網絡，采用隨機梯度下降法更新編碼部分網絡權值，解碼網絡權值固為傅里葉基；當兩次更新目標函數變化小于10e?4時，訓練結束，否者繼續迭代更新；測試集輸入已訓練的網絡，其輸出為去噪后的復頻譜，將去噪后的復頻譜做逆快速傅里葉變換得到去噪的復距離像。本發明的變分編碼?解碼網絡去噪性能較好，去噪時間短，對噪聲先驗無依賴。用于噪聲背景下對飛機、汽車等運動目標的雷達回波噪聲抑制。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及寬帶雷達目標復回波去噪，具體是一種基于變分編碼-解碼網絡的寬帶雷達目標復回波的去噪方法。本發明可用于在強噪聲背景下對飛機、汽車等運動目標的雷達回波進行噪聲抑制。雷達信號處理技術領域中。

背景技術

由于非合作目標信號在長距離的傳播導致信號在測量或者接收過程中受到噪聲的干擾，因此，如何對寬帶雷達目標復回波的去噪是一個實際存在的問題。在雷達信號處理技術領域中，對含噪信號進行去噪的方法主要包括兩方面：一是采用信號的相干積累，其次是對單次雷達目標回波進行稀疏分解。對于第一種方法，由于雷達信號的初相敏感性，對寬帶雷達目標的復回波采用相干積累的方法較困難。通常采用的是第二種做法，如西安電子科技大學提出的專利申請“基于匹配追蹤的寬帶雷達目標復回波去噪方法”(申請號CN103454621A申請公布號CN103454621A)公開了一種基于匹配追蹤的單次寬帶雷達目標復回波的去噪方法。該方法的處理步驟是：首先獲取單次復距離像，然后對該單次復距離像做快速傅里葉變換，得到寬帶雷達目標的單次復距離像的復頻譜，對單次復距離像的復頻譜進行稀疏分解，保留大的分解系數對應的信號，再利用構建的傅里葉基與分解后得到的信號相乘得到去噪后的復頻譜，最后對去噪后的復頻譜做快速逆傅里葉變換，得到恢復后的寬帶雷達目標的單次復距離像。該方法的不足之處在于，由于這種方法是對單次復距離像采用正交匹配追蹤(OMP)方法進行信號分解，當復距離像較多時，耗時較長。

目前現有技術中針對傳統寬帶雷達目標復回波的去噪方法，存在去噪時間長，導致實際應用中效率低的問題。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出一種去噪時間短的基于變分編碼-解碼網絡的寬帶雷達目標復回波的去噪方法。

本發明是一種基于變分編碼-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表示距離像頻譜的個數，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：