[發明專利]一種基于SVD迭代熵值的墻體雜波抑制方法

在審

• 申請號: 202210239580.4
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114720944A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王保平;朱驥倫;王軍;余露;王浩冉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S7/41;G01S13/88;G06F17/16
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發明一種基于SVD迭代熵值的墻體雜波抑制方法，屬于微波成像技術領域；具體步驟為，首先將穿墻雷達接收到的回波進行奇異值分解，將第一個奇異值估計為表征墻體子空間的奇異值集合；然后通過子空間投影法去除墻體回波信號，計算此時的熵值并存儲下來；再將表征墻體子空間的奇異值集合加一，重復上述步驟，直至所有奇異值區間迭代結束；找到熵值集合中的最小熵值，此熵值下的奇異值集合即表征墻體子空間；最后將墻體子空間和估計出的噪聲子空間濾除，通過BP成像算法即可得到穿墻雷達圖像。本發明所提算法針對不同的墻體厚度和墻體相對介電常數都具有較好的墻體雜波抑制效果，能夠有效改善圖像的質量。

技術領域

本發明屬于微波成像技術領域，具體涉及一種基于SVD迭代熵值的墻體雜波抑制方法。

背景技術

近些年來，穿墻雷達(TWR)發展迅猛，它可利用其低頻穿透特性發射電磁波對墻體等非金屬障礙物后的目標物體進行探測、定位和成像，已經廣泛應用在民用與軍用領域。實際工程應用的發展使穿墻雷達成像(TWRI)得到了該領域大量學者的關注并進行了深入的研究。由于墻體的存在，電磁波要穿透墻體對墻后的目標進行探測，目標的反射回波又穿過墻體到接收天線中，在經過兩次折射后，穿墻雷達接收到的目標回波能量會大幅度衰減，而墻體回波的能量中絕大部分是直接反射波，由墻體前表面直接反射到接收天線中，因此，墻體回波的能量相對于目標回波的能量較強，在成像時，目標往往會淹沒在墻體雜波中，成像效果會變得很差，嚴重時會導致目標無法顯現。因此，如何消除或抑制墻體雜波，以獲得更高的圖像質量，是研究超寬帶穿墻雷達成像中首要考慮的問題。

近幾年，隨著統計信號的發展，有學者將奇異值分解引入穿墻雷達墻體雜波抑制中，將信號空間分為三個子空間：墻體子空間、目標子空間和噪聲子空間，該方法的優點是不需要墻體和目標等任何先驗信息即可進行墻體雜波抑制。本發明在建立穿墻雷達信號模型基礎之上，研究了一種基于SVD迭代熵值的墻體雜波抑制方法。

發明內容

要解決的技術問題：

為了避免現有技術的不足之處，針對復雜目標和多發多收工作模式下，穿墻雷達回波信號不易通過奇異值分割墻體子空間的問題，本發明提出一種基于SVD迭代熵值的墻體雜波抑制方法，該算法將穿墻雷達回波信號進行奇異值分解，依據墻體雜波消除最多時，熵值達到最小的特性，通過循環迭代找到熵值最小值來確定墻體子空間，并通過子空間投影法抑制墻體雜波。

本發明的技術方案是：一種基于SVD迭代熵值的墻體雜波抑制方法，具體步驟如下：

步驟1：獲取穿墻雷達接收到的總回波數據；

步驟2：將穿墻雷達接收到的回波進行奇異值分解，首先將第一個奇異值估計為表征墻體子空間的奇異值集合；

步驟3：通過子空間投影法去除墻體回波信號，計算此時的熵值并存儲下來，計算公式為：

其中，a_ij為第j個通道中的第i個采樣點的回波信號的強度；

步驟4：將表征墻體子空間的奇異值集合加一，重復上述步驟，直至所有奇異值區間迭代結束；

步驟5：找到熵值集合中的最小熵值，此熵值下的奇異值集合即表征墻體子空間；

步驟6：將墻體子空間和估計出的噪聲子空間濾除，通過BP成像算法即可得到穿墻雷達圖像。

本發明的進一步技術方案是：所述步驟1中，首先建立穿墻雷達成像幾何模型，在雷達天線移動方向設置N個測量位置，雷達收發共置天線沿平行于墻體表面的軌道勻速移動，并在每一個測量位置發送含M個脈沖頻率的步進信號，則雷達系統在第n個測量位置的第m個頻點天線接收到的回波信號為：

其中，表示目標反射回波信號；v_n,m表示噪聲信號；n＝0,1,...,N-1；