CN112505629B - 一种sar电磁干扰抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种SAR电磁干扰抑制方法及装置。包括：确定SAR回波信号的时频分布矩阵；将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号。本发明可以对带宽较大、参数捷变的SAR电磁干扰信号进行抑制。

Description

一种SAR电磁干扰抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种SAR电磁干扰抑制方法及装置。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)受到的电磁干扰按带宽大小可分为窄带干扰和宽带干扰。在现有技术中，通常采用AR模型法与陷波滤波法等方法对窄带干扰进行抑制。但是，现有技术还无法对宽带干扰进行抑制。因此，如何对带宽较大、参数捷变的SAR电磁干扰信号进行抑制，成为本领域一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种SAR电磁干扰抑制方法及装置，从而对带宽较大、参数捷变的SAR电磁干扰信号进行抑制。
为达到上述目的，本发明实施例提供一种SAR电磁干扰抑制方法，包括：
确定SAR回波信号的时频分布矩阵；
将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号。
在一实施例中，通过维格纳维利分布、或短时傅里叶变换、或小波变换，确定所述SAR回波信号的时频分布矩阵。
在一实施例中，通过低秩稀疏矩阵分解、或鲁棒主成分分析、或LRSD-TNNSR，将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵。
本发明实施例还提供一种SAR电磁干扰抑制装置，包括：
时频分布矩阵确定模块，用于确定SAR回波信号的时频分布矩阵；
低秩稀疏矩阵分解模块，用于将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
稀疏矩阵处理模块，用于对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述任意实施例中所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述任意实施例中所述方法的步骤。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明提供的方法至少具有以下有益效果：
由于不含电磁干扰信号的SAR回波信号在时频域的能量较为分散，符合稀疏矩阵的特性；并且电磁干扰信号能量较为集中，符合低秩矩阵的特性。基于上述特性的干扰抑制不需要其他的先验知识，泛用性强，便于工程实现。
基于上述时频域特性进行低秩稀疏矩阵分解，可以将原始信号(含有电磁干扰信号的SAR回波信号)分解为代表电磁干扰信号的低秩矩阵和代表不含电磁干扰信号的SAR回波信号的稀疏矩阵两部分，这种分解在完全剔除原始信号中的电磁干扰信号的同时，可以充分保留回波信号的相位信息。
此外，信号的时频变换可以将一维信号变换成二维数据，因此可以用图像处理的方法处理信号，从而提高精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的SAR电磁干扰抑制方法的流程图；
图2是在干扰抑制前得到的SAR图像；
图3是在干扰抑制后得到的SAR图像。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求限定的范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
考虑到SAR信号在时频域的信息远比单一域丰富，因此，本发明利用回波信号和参数捷变的电磁干扰信号在时频域的特征差异，创造性地提出一种基于时频域信号分解的SAR电磁干扰抑制方法。进一步的，由于不含电磁干扰信号的SAR回波信号符合稀疏矩阵的特性；电磁干扰信号符合低秩矩阵的特性。本发明将低秩稀疏矩阵分解方法用于信号时频域，从而将原始信号(含有电磁干扰信号的SAR回波信号)分解成代表干扰信号的低秩矩阵和代表回波信号的稀疏矩阵，实现干扰抑制。
参考图1所示，为本发明实施例提供的SAR电磁干扰抑制方法，包括：
S1：确定SAR回波信号的时频分布矩阵。
在一实施例中，可以通过维格纳维利分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)、或短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform，STFT)、或小波变换等方法，确定所述SAR回波信号的时频分布矩阵。
S2：将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵。
在一实施例中，可以通过低秩稀疏矩阵分解(Low-Rank and Sparse MatrixDecomposition，LRSMD)、或鲁棒主成分分析(Robust Principal Component Analysis，RPCA)、或LRSD-TNNSR等方法，将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵。
具体的，LRSMD可以包括以下步骤：
S21：初始化。
令L0＝X，S0＝0，t＝0，A1＝randn(n，r)
S22：循环执行以下子步骤S221至S224，直至迭代次数t到达预先设置的次数，或者直至
S221：令t＝t+1
S222：计算Y1＝(X-St-1)A1，A2＝Y1，Y2＝(X-St-1)TA2
S223：如果则令/>并返回步骤S222。
如果则执行下面的步骤S224。
S224：计算Lt和St。
St＝PΩ(X-Lt-1)
其中，X为m×n维的时频分布矩阵，L为低秩矩阵，S为稀疏矩阵，L0和S0为Lt和S1的初始值，r为低秩矩阵L的秩，t为迭代次数，A1和A2均为随机矩阵，Y1和Y2均为投影矩阵，Ω是由|X-Lt-1|中的最大的k×n个元素构成的矩阵，k为稀疏矩阵S的基数，n为矩阵X的列数，PΩ(·)表示矩阵到Ω的投影算子，ε为误差上限。
S3：对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号。
基于上述SAR电磁干扰抑制方法，本发明实施例还提供一种SAR电磁干扰抑制装置，包括：时频分布矩阵确定模块、低秩稀疏矩阵分解模块以及稀疏矩阵处理模块，其中：
时频分布矩阵确定模块，用于确定SAR回波信号的时频分布矩阵；
低秩稀疏矩阵分解模块，用于将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
稀疏矩阵处理模块，用于对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述任意实施例中所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述任意实施例中所述方法的步骤。
在一个具体的实施例中，在进行干扰抑制前得到的SAR图像如图2所示，干扰抑制后得到的SAR图像如图3所示。根据图2和图3可以看出，利用本发明提供的干扰抑制方法，可以有效地对带宽较大、参数捷变的SAR电磁干扰信号进行抑制，使得SAR图像更加清晰。
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种SAR电磁干扰抑制方法，其特征在于，包括：
确定SAR回波信号的时频分布矩阵；
将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号；
其中，通过低秩稀疏矩阵分解将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
所述低秩稀疏矩阵分解包括以下步骤：
S21：初始化；
令L0＝X,S0＝0,t＝0,A1＝randn(n,r)
S22：循环执行以下子步骤S221至S224，直至迭代次数t到达预先设置的次数，或者直至
S221：令t＝t+1；
S222：计算Y1＝(X-St-1)A1,A2＝Y1,Y2＝(X-St-1)TA2；
S223：如果则令/>并返回步骤S222；如果/>则执行下面的步骤S224；
S224：计算Lt和St：
St＝PΩ(X-Lt-1)
其中，X为m×n维的时频分布矩阵，L为低秩矩阵，S为稀疏矩阵，L0和S0为Lt和St的初始值，r为低秩矩阵L的秩，t为迭代次数，A1和A2均为随机矩阵，Y1和Y2均为投影矩阵，Ω是由|X-Lt-1|中的最大的k×n个元素构成的矩阵，k为稀疏矩阵S的基数，n为矩阵X的列数，PΩ()表示矩阵到Ω的投影算子，ε为误差上限；
其中，所述低秩矩阵表征所述干扰信号，所述稀疏矩阵表征所述去除电磁干扰后的回波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过维格纳维利分布、或短时傅里叶变换、或小波变换，确定所述SAR回波信号的时频分布矩阵。
3.一种SAR电磁干扰抑制装置，其特征在于，包括：
时频分布矩阵确定模块，用于确定SAR回波信号的时频分布矩阵；
低秩稀疏矩阵分解模块，用于将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
稀疏矩阵处理模块，用于对所述稀疏矩阵进行时频变换的逆变换，以去除所述SAR回波信号中的电磁干扰，得到去除电磁干扰后的回波信号；
其中，通过低秩稀疏矩阵分解将所述时频分布矩阵分解为低秩矩阵与稀疏矩阵；
所述低秩稀疏矩阵分解包括以下步骤：
S21：初始化；
令L0＝X,S0＝0,t＝0,A1＝randn(n,r)
S22：循环执行以下子步骤S221至S224，直至迭代次数t到达预先设置的次数，或者直至
S221：令t＝t+1；
S222：计算Y1＝(X-St-1)A1,A2＝Y1,Y2＝(X-St-1)TA2；
S223：如果则令/>并返回步骤S222；如果/>则执行下面的步骤S224；
S224：计算Lt和St：
St＝PΩ(X-Lt-1)
其中，X为m×n维的时频分布矩阵，L为低秩矩阵，S为稀疏矩阵，L0和S0为Lt和St的初始值，r为低秩矩阵L的秩，t为迭代次数，A1和A2均为随机矩阵，Y1和Y2均为投影矩阵，Ω是由|X-Lt-1|中的最大的k×n个元素构成的矩阵，k为稀疏矩阵S的基数，n为矩阵X的列数，PΩ()表示矩阵到Ω的投影算子，ε为误差上限；
其中，所述低秩矩阵表征所述干扰信号，所述稀疏矩阵表征所述去除电磁干扰后的回波信号。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1或2所述的方法。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现权利要求1或2所述的方法。
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