基于峰度系數(shù)的噪聲濾除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微波成像，超寬帶無線檢測(cè)，未見目標(biāo)檢測(cè)，信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。具體 講，設(shè)及基于峰度系數(shù)的噪聲濾除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶電磁波檢測(cè)未見目標(biāo)的原理在于不同生物組織對(duì)電磁波的吸收、反射及透 射特性不同，使得天線發(fā)射的脈沖信號(hào)在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)能夠反映組 織結(jié)構(gòu)的豐富信息。同時(shí)超寬帶微波信號(hào)具有福射功率低、目標(biāo)信息攜載量大、提供毫米級(jí) 定位和檢測(cè)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，能作為未見目標(biāo)檢測(cè)的常規(guī)手段。為了實(shí)現(xiàn)上述超寬帶的優(yōu) 點(diǎn)，目標(biāo)信號(hào)的提取至關(guān)重要。在一些情況中，目標(biāo)即為被掩埋物體。在直接從實(shí)際探測(cè)到 的包含目標(biāo)信息的信號(hào)中提取目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像的過程中，目標(biāo)信號(hào)的選取，噪聲的濾除 尤為關(guān)鍵。目標(biāo)信號(hào)選取不當(dāng)，將直接導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測(cè)。因而有必要開發(fā)新的方法將信 號(hào)中的噪聲進(jìn)行區(qū)分并進(jìn)行濾除，選取真正含有目標(biāo)信息的信號(hào)。使得成像過程更加簡(jiǎn)便， 成像結(jié)果更加準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服技術(shù)的不足，有效地利用超寬帶微波檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)掩埋目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，提 供一種新的目標(biāo)信號(hào)的噪聲濾除算法，實(shí)現(xiàn)直接從含有目標(biāo)信息的信號(hào)中提取出目標(biāo)響應(yīng) 信號(hào)，同時(shí)避免目標(biāo)信號(hào)中噪聲過大，導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測(cè)的弊端。為此，本發(fā)明采取的技術(shù) 方案是，基于峰度系數(shù)的噪聲濾除方法，將發(fā)射天線、接收天線布置在待測(cè)組織周邊，發(fā)射 天線發(fā)出信號(hào)，接收天線接收信號(hào)，然后執(zhí)行下述步驟：
[0004] 1.將接收天線得到的信號(hào)進(jìn)行集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解ffiMD分解，選擇白噪聲系數(shù)為 1. 2,循環(huán)次數(shù)為50,得到分解后的本征模態(tài)函數(shù)IMF1至IMF13,及剩余項(xiàng)rl3 ;
[0005] 2.在得到所有的本征模態(tài)函數(shù)IMF之后，需要區(qū)分有效的目標(biāo)信號(hào)與噪聲信號(hào)， 該里引入相
[0006] (3)
[0007] 使用該公式計(jì)算所有的本征模態(tài)函數(shù)與天線得到的信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)，化化） 即為第
[000引k個(gè)IMF，y為IMF信號(hào)的平均值，X(k)為天線得到的信號(hào)，N= 13 ;
[0009] 3.找到相關(guān)系數(shù)最大的若干本征模態(tài)函數(shù)；
[0010] 4.利用峰度系數(shù)計(jì)算相關(guān)系數(shù)最大的若干本征模態(tài)函數(shù)峰度系數(shù)，公式如下：
[0011](4)
[001引式中，E指期望；
[0013] 5.由上一步驟得到的結(jié)果中峰度系數(shù)最大者即為得到的目標(biāo)信號(hào)，對(duì)該信號(hào)用共 焦成像算法
[0014] 進(jìn)行成像，即可得到目標(biāo)信息圖像。
[0015] 采用的天線為A1至A8共8條，其中一個(gè)天線發(fā)射信號(hào)，其余的天線接收信號(hào)，該 樣循環(huán)檢測(cè)，天線接收信號(hào)后進(jìn)行處理，最后采用共焦成像算法對(duì)提取的目標(biāo)信號(hào)再進(jìn)行 共焦成像算法的處理，8條發(fā)射天線的信號(hào)能夠使得目標(biāo)的散射信號(hào)得到增強(qiáng)，準(zhǔn)確顯示掩 埋目標(biāo)的位置。
[0016] 發(fā)射天線發(fā)射中屯、頻率為5GHz、帶寬為lOGHz的一階導(dǎo)高斯信號(hào)。
[0017]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)與效果：
[0018] 本發(fā)明直接從含有目標(biāo)信息的信號(hào)中提取出目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)，同時(shí)基于峰度系數(shù)， 能夠從目標(biāo)信號(hào)中更大程度的將噪聲濾除，直接提取目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像，使得成像結(jié)果更 加準(zhǔn)確，避免了目標(biāo)信號(hào)中噪聲過大，導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測(cè)的弊端，且簡(jiǎn)便快捷，能夠獲取足 夠多的信息來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；成像結(jié)果能夠直觀的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)存在與否的判斷和定位，非 常適合于被掩埋目標(biāo)的檢測(cè)系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0019] 圖1組織模型及天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2天線A1發(fā)A3收的含有目標(biāo)信息信號(hào)的原始信號(hào)及本征模態(tài)函數(shù) (IMF1-IMF13,圖中標(biāo)為C1-C13)及剩余項(xiàng)（rl3)圖。
[0021] 圖3所有信號(hào)經(jīng)過分解后提取目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)所得的目標(biāo)共焦成像圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了有效地利用超寬帶微波檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)掩埋目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，本發(fā)明提供了一種 新的目標(biāo)信號(hào)的噪聲濾除算法。該算法可W直接從含有目標(biāo)信息的信號(hào)中提取出目標(biāo)響應(yīng) 信號(hào)，同時(shí)該算法避免了目標(biāo)信號(hào)中噪聲過大，導(dǎo)致目標(biāo)無法檢測(cè)的弊端。該算法簡(jiǎn)便快 捷，能夠獲取足夠多的信息來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。常規(guī)的目標(biāo)信號(hào)提取方法是建立有目標(biāo)的 模型和無目標(biāo)的模型，通過天線發(fā)出的超寬帶微波去分別探測(cè)有目標(biāo)的模型和無目標(biāo)的模 型，得到包含目標(biāo)信息的信號(hào)減去無目標(biāo)信息的信號(hào)。實(shí)際情況中，無目標(biāo)的信號(hào)是無法獲 得的，即使建立模型，其同真實(shí)的情況也是有誤差的。因此開發(fā)了適用于目標(biāo)檢測(cè)的目標(biāo)信 號(hào)直接提取算法，直接從實(shí)際探測(cè)到的包含目標(biāo)信息的信號(hào)中提取目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像，在 該個(gè)過程中，噪聲的濾除變得尤為關(guān)鍵，W往是直接根據(jù)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行目標(biāo)信號(hào)與噪聲信 號(hào)的區(qū)分。但是該方法進(jìn)行的噪聲濾除會(huì)使得噪聲過大，目標(biāo)檢測(cè)不準(zhǔn)確。因而有必要開 發(fā)新的噪聲濾除的算法進(jìn)行目標(biāo)信號(hào)的噪聲濾除。該算法基于峰度系數(shù)，能夠從目標(biāo)信號(hào) 中更大程度的將噪聲濾除，直接提取目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像，使得成像結(jié)果更加準(zhǔn)確。該算法成 像結(jié)果能夠直觀的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)存在與否的判斷和定位，非常適合于被掩埋目標(biāo)的檢測(cè)系統(tǒng)。
[0023] 圖1為探測(cè)系統(tǒng)所采用的天線陣列結(jié)構(gòu)和掩埋目標(biāo)的整體模型。其中包含五種不 同的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)有不同的介電常數(shù)，電導(dǎo)率等電磁特性，而目標(biāo)則被包含在該些不同的 結(jié)構(gòu)中。為滿足成像分辨率和探測(cè)深度的要求采用中屯、頻率為5GHz、帶寬為lOGHz的一階 導(dǎo)高斯信號(hào)，信號(hào)波形如圖2所示。具體實(shí)施過程如下：
[0024] 1.將得到的所有信號(hào)進(jìn)行EEMD(集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法）分解時(shí)選擇白噪聲系數(shù) 為1. 2,循環(huán)次數(shù)為50,得到分解后的本征模態(tài)函數(shù)（IMF1至IMF13,圖中標(biāo)為C1-C13)及剩 余項(xiàng)（rl3)。如圖2所示為天線A1發(fā)出超寬帶微波，由天線A3接收到的包含目標(biāo)信息的信 號(hào)原始圖W及經(jīng)過EEMD分解得到的IMF1至IMF13及其余項(xiàng)rl3的信號(hào)圖。
[002引 2.在得到所有的IMF(本征模態(tài)函數(shù)）之后，需要區(qū)分有效的目標(biāo)信號(hào)與噪聲信 號(hào)，該里引
[0026]
[0027]式中，C。即為第n個(gè)IMF,x(k)為原始信號(hào)。使用該公式計(jì)算所有的IMF與原始 信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)，得到的結(jié)果如表1所示。原始信號(hào)就是天線收發(fā)接收到的信號(hào)，需要 從原始信號(hào)中提取未見目標(biāo)信號(hào)，因?yàn)樵夹盘?hào)中包含