[發明專利]一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法

在審

• 申請號: 202110940896.1
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113589253A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王凱麗;袁凱;唐榮欣;鄧曉華;吳中震
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王煥巧

1.一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法，其特征在于：對加噪信號的處理過程分為兩部分：

第一部分是對背景噪聲和參考信號進行分析，包括以下步驟：

步驟1：將參考信號的頻域信號視為“偽時域”信號，并確定合適的小波基、分解層數；

步驟2：對多組背景噪聲進行相同的小波分解；

步驟3：根據參考信號和背景噪聲的閾值，確定加噪信號的去噪閾值和判定閾值；

第二部分是對加噪信號進行分析，包括以下步驟：

步驟4：接收機對接收到的信號進行頻域濾波處理；

步驟5：對濾波后的加噪信號進行小波分解，根據去噪閾值進行去噪，并重構為去噪后的信號；

步驟6：對重構后的信號進行濾波，并判定是否包含信號。

2.根據權利要求1所述的一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法，其特征在于：在第一部分中，參考信號是發射信號的頻域信號，發射信號由發射機預設好，設信號的時域表達式為s(t)，長度為N，頻率為f_s；背景噪聲是接收噪聲的頻域信號，接收噪聲的時域信號是在發射機關閉時，接收機接收到的噪聲，設噪聲的時域表達式為n(t)，長度為N。

3.根據權利要求2所述的一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法，其特征在于：在第二部分中，輸入的加噪信號是接收信號的頻域信號，接收信號的時域信號是在發射機打開時，接收機接收到的回波信號，設加噪信號的時域表達式為x(t)＝s(t)+n(t)，長度為N。

4.根據權利要求3所述的一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法，其特征在于：加噪信號的信噪比設置為SNR＝-24dB，在單頻正弦信號中加入零均值高斯白噪聲，采樣頻率為Fs＝1000Hz，采樣點數N＝4096；加噪信號的頻域信號經過頻域濾波的公式為

其中，頻率濾波器的頻帶寬度為2f_B。

5.根據權利要求3所述的一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法，其特征在于：在小波變換中，在分解層數j處，尺度因子為平移因子為在對濾波后的加噪信號進行多尺度分析和分解重構時，使用二進小波變換即a₀＝2，并將τ₀歸一化以后設為τ₀＝1，則a＝2^j,τ＝k×2^j；選定ψ(t)作為母小波，將x(t)作為研究信號，小波ψ(t)通過平移伸縮后變為小波基函數ψ_a,τ(t)，并進行離散化后的小波基函數為

其中，j＝0,1,2,...；k∈Z；

對應的離散小波變換的表達式為

其中，*號表示復共軛；

逆變換表達式為：

根據多尺度分析將逆變換表達式更改為

其中，研究信號x(t)分解為j₀層，表示研究信號在尺度空間的投影，代表近似部分，表示研究信號在小波空間的投影，代表細節部分；小波函數ψ(t)作為母小波，尺度函數作為父小波，尺度函數通過平移伸縮后變為

其中，在{V_j},j∈Z空間中，滿足是V_j中的正交歸一基，{W_j},j∈Z空間中，ψ(t)滿足∫ψ(t)dt＝0，ψ_j,k(n)是W_j中的正交歸一基；

小波函數與尺度函數是正交的，分解公式為

分解層數為j₀層時，逆變換表達式公式變更為

6.根據權利要求1所述的一種基于偽時域的小波變換算法對微弱回波信號進行檢測的方法，其特征在于：確定閾值的方法有三種，分別是硬閾值、軟閾值、強制去噪；

硬閾值的表達式如下：

w是小波系數，w_λ是經過閾值處理后的小波系數，λ代表閾值；使用硬閾值去噪時，如果小波系數大于硬閾值，則保留該小波系數，反之，該小波系數歸零；

軟閾值的表達式如下：

如果閾值小于小波系數，則采用軟閾值處理小波系數，使用軟閾值去噪時，如果小波系數大于軟閾值，則保留該小波系數，反之，將小波系數更改為小波系數與閾值之差；

強制去噪時將信號所在范圍外的所有噪聲系數全部歸零。