發(fā)明1、一種弱信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法(許改1027)_(1)(共15頁(yè))

1、說(shuō)明書(shū)摘要 本發(fā)明(fmng)涉及(shj)一種弱信號(hào)(xnho)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法，其具體步驟如下：（1）讀取離散化后的輸入信號(hào)；（2）對(duì)信號(hào)x(n)進(jìn)行四重自相關(guān)；（3）計(jì)算相關(guān)函數(shù)的頻譜；（4）由相關(guān)信號(hào)的頻譜，根據(jù)信號(hào)的頻譜與自相關(guān)函數(shù)頻譜的關(guān)系，由四重相關(guān)信號(hào)頻譜計(jì)算信號(hào)的頻譜；（5）計(jì)算匹配濾波器的傳輸函數(shù)；（6）求信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器的頻譜；（7）采用多正弦窗進(jìn)行譜估計(jì)；（8）將信號(hào)頻譜還原為時(shí)域信號(hào)。本發(fā)明方法中，利用四重相關(guān)和雙譜(四重相關(guān)函數(shù)的頻譜函數(shù))分析，實(shí)現(xiàn)高階矩范圍內(nèi)信號(hào)處理，采用匹配濾波器進(jìn)行濾波，該濾波器能夠給出最大的信噪比。四重相關(guān)匹配濾波技術(shù)較之二重相關(guān)匹配濾

2、波技術(shù)，可以進(jìn)一步抑制噪聲，從而提高信噪比。多正弦窗譜估計(jì)具有較小的偏差。同時(shí)，由于進(jìn)行了多個(gè)特征譜的加權(quán)平均，對(duì)譜圖會(huì)有一定的平滑效果，因此譜估計(jì)的方差性能較傳統(tǒng)的周期圖法會(huì)有顯著的改善；同時(shí)能夠保證一定的頻率分辨能力。 摘要附圖 權(quán)利要求書(shū) 1、一種弱信號(hào)目標(biāo)(mbio)檢測(cè)的優(yōu)化方法，其特征在于(ziy)：其具體步驟如下：（1）讀取離散化后的輸入(shr)信號(hào):x(n) n=0，1,2N-1 ，其中N為信號(hào)x(t)的采樣點(diǎn)數(shù)；（2）對(duì)輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行四重自相關(guān)，具體方法為，設(shè)信號(hào)x(n)包括有用信號(hào)s(n)和隨機(jī)加性噪聲u(n)，信號(hào)表達(dá)式為：x(n)=s(n)+u(n),首先對(duì)輸入

3、信號(hào)x(n)進(jìn)行二重自相關(guān)： m=0，1,2N-1根據(jù)信號(hào)與信號(hào)相關(guān)，信號(hào)與噪聲的不相關(guān)性，有：即：，表明含噪信號(hào)x(n)的二重相關(guān)近似等于有用信號(hào)s(n)的二重自相關(guān)。信號(hào)x(n)的三重自相關(guān)可表示為： 根據(jù)與相關(guān)，與噪聲的不相關(guān)性，有：表明含噪信號(hào)x(n)的三重相關(guān)近似等于有用信號(hào)s(n)的三重自相關(guān)。 同理，可得，信號(hào)x(n)的四重相關(guān)可表示為：即含噪信號(hào)(xnho)x(n)的四重相關(guān)近似等于有用信號(hào)s(n)的四重自相關(guān)(xinggun)。（3）計(jì)算(j sun)相關(guān)函數(shù)和輸入信號(hào)x(n)的頻譜： k=0，1,2N-1 k=0，1,2N-1（4）由相關(guān)信號(hào)的頻譜，根據(jù)信號(hào)的頻譜與自相關(guān)函

4、數(shù)頻譜的關(guān)系，利用公式，由四重相關(guān)信號(hào)頻譜計(jì)算有用信號(hào)s(n)的頻譜；（5）計(jì)算匹配濾波器的傳輸函數(shù)：當(dāng)線性濾波器傳輸函數(shù)為輸入信號(hào)頻潛函數(shù)的復(fù)共軛時(shí)，該濾波器能夠給出最大的信噪比, 這種濾波器稱(chēng)為匹配濾波器；匹配濾波器的傳輸函數(shù)為：；（6）求信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器的頻譜：經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的頻譜為：（7）采用多正弦窗進(jìn)行譜估計(jì)：窗函數(shù)取為: n=0，1,2N-1設(shè)K為正弦窗數(shù)量,為第個(gè)正弦窗的加權(quán)系數(shù)，則經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的多正弦窗譜估計(jì)為： 其中為第k個(gè)特征譜。而 k=0，1,2N-1所以(suy)多正弦(zhngxin)窗譜估計(jì)可表示(biosh)為：(8)將信號(hào)頻譜還原為時(shí)域信號(hào)： n=0，1

5、,2N-1（備注：需要針對(duì)上述出現(xiàn)多個(gè)參數(shù)予以定義，也需要說(shuō)明，各個(gè)字母所代表的含義，大小寫(xiě)均需要說(shuō)明，如果表示含義一致，那么大小字母應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一，如需要說(shuō)明代表的含義，H代表的含義，等等，其他沒(méi)有定義的字符含義均需要定義或者予以說(shuō)明） 說(shuō)明書(shū) 一種弱信號(hào)(xnho)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法技術(shù)(jsh)領(lǐng)域本發(fā)明(fmng)涉及一種弱信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法，屬于計(jì)算機(jī)算法技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)相關(guān)檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)噪聲與噪聲、噪聲與信號(hào)均不相關(guān)，而信號(hào)與信號(hào)則完全相關(guān)的特性，通過(guò)相關(guān)運(yùn)算達(dá)到去除噪聲的一種技術(shù)?，F(xiàn)已普遍證明，它是從噪聲中提取有用信號(hào)，提高輸出信噪比的有效方法。它在自動(dòng)控制、通信、雷達(dá)等領(lǐng)域都獲

6、得了廣泛的應(yīng)用。四重相關(guān)和雙譜(四重相關(guān)函數(shù)的頻譜函數(shù))分析就是高階矩范圍內(nèi)的信號(hào)處理方法，由于零均值的高斯平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的四重相關(guān)等于零，以及四重相關(guān)具有位移和旋轉(zhuǎn)不變性等特點(diǎn),并且雙譜富有豐富的冗余信息。被動(dòng)式監(jiān)控探測(cè)系統(tǒng),例如紅外監(jiān)控探測(cè)系統(tǒng)較之于主動(dòng)式探測(cè)系統(tǒng)具有難以比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，被動(dòng)式目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)所要探測(cè)的信號(hào)通常迭加有強(qiáng)噪聲。因此，從強(qiáng)噪聲中將有用的信號(hào)提取出來(lái)，就成為目標(biāo)識(shí)別的前提。四重相關(guān)檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與噪聲的分離，去除噪聲。采用匹配濾波器，給出最大的信噪比。通常，對(duì)監(jiān)控探測(cè)系統(tǒng)所探測(cè)到的目標(biāo)信號(hào)的處理主要是利用二階統(tǒng)計(jì)矩，即功率譜和二重相關(guān)函數(shù)，這就是二重相關(guān)匹配濾波技

7、術(shù)。從頻域角度來(lái)分析，二重相關(guān)匹配濾波器可以最大限度地吸收有用信號(hào)的能量，而最大限度地抑制信號(hào)頻帶以外的噪聲。根據(jù)信號(hào)與噪聲的不同頻譜特點(diǎn)，采用線性濾波器消除噪聲頻譜。當(dāng)線性濾波器傳輸函數(shù)為輸入信號(hào)頻潛函數(shù)的復(fù)共軛時(shí)，該濾波器能夠給出最大的信噪比。然而，許多實(shí)驗(yàn)研究表明，無(wú)論二重相關(guān)濾波器設(shè)計(jì)得多么精細(xì)，信號(hào)頻帶之內(nèi)的噪聲仍然是難以抑制的。為了進(jìn)一步提高信噪比，應(yīng)該設(shè)法抑制信號(hào)頻帶之內(nèi)的噪聲。一個(gè)有效的解決辦法就是采用高階矩范圍內(nèi)的信號(hào)處理方法。四重相關(guān)和雙譜(四重相關(guān)函數(shù)的頻譜函數(shù))分析就是高階矩范圍內(nèi)的信號(hào)處理片法，由于零均值的高斯平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的四重相關(guān)等于零，以及四重相關(guān)具有位移和旋轉(zhuǎn)不

8、變性等特點(diǎn),并且雙譜富有豐富的冗余信息，因此，四重相關(guān)匹配濾波技術(shù)較之二重相關(guān)匹配濾波技術(shù)可以進(jìn)一步抑制噪聲從而提高信噪比。隨著這一技術(shù)研究的深人，基于四重相關(guān)的分析方法發(fā)展了許多新的信號(hào)處理方法,使得這一技術(shù)更加完善并且在紅外成像、信號(hào)的高階譜分析等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在濾波(lb)方面,線性濾波器可以地濾除信號(hào)中的噪聲，但濾波以后的信噪比不夠高，當(dāng)線性濾波器傳輸函數(shù)為輸入信號(hào)頻潛函數(shù)的復(fù)共軛時(shí)，該濾波器能夠給出最大的信噪比。多正弦(zhngxin)窗譜估計(jì)具有(jyu)較小的偏差。同時(shí)，由于進(jìn)行了多個(gè)特征譜的加權(quán)平均，對(duì)譜圖會(huì)有一定的平滑效果，因此譜估計(jì)的方差性能較傳統(tǒng)的周期圖法會(huì)有

9、顯著的改善。同時(shí)能夠保證一定的頻率分辨能力。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種弱信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法，以便更好地針對(duì)弱信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)進(jìn)行優(yōu)化，采用更好的算法予以?xún)?yōu)化。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。 一種弱信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法，其具體步驟如下：（1）讀取離散化后的輸入信號(hào):x(n) n=0，1,2N-1 ，其中N為信號(hào)x(t)的采樣點(diǎn)數(shù)；（2）對(duì)輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行四重自相關(guān)，具體方法為，設(shè)信號(hào)x(n)包括有用信號(hào)s(n)和隨機(jī)加性噪聲u(n)，信號(hào)表達(dá)式為：x(n)=s(n)+u(n),首先對(duì)輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行二重自相關(guān)： m=0，1,2N-1根據(jù)信號(hào)與信號(hào)相關(guān)，信號(hào)與噪聲的不相關(guān)

10、性，有：即：，表明含噪信號(hào)x(n)的二重相關(guān)近似等于有用信號(hào)s(n)的二重自相關(guān)。信號(hào)x(n)的三重自相關(guān)可表示為： 根據(jù)(gnj)與相關(guān)(xinggun)，與噪聲(zoshng)的不相關(guān)性，有：表明含噪信號(hào)x(n)的三重相關(guān)近似等于有用信號(hào)s(n)的三重自相關(guān)。同理，可得，信號(hào)x(n)的四重相關(guān)可表示為：即含噪信號(hào)x(n)的四重相關(guān)近似等于有用信號(hào)s(n)的四重自相關(guān)。（3）計(jì)算相關(guān)函數(shù)和輸入信號(hào)x(n)的頻譜： k=0，1,2N-1 k=0，1,2N-1（4）由相關(guān)信號(hào)的頻譜，根據(jù)信號(hào)的頻譜與自相關(guān)函數(shù)頻譜的關(guān)系，利用公式，由四重相關(guān)信號(hào)頻譜計(jì)算有用信號(hào)s(n)的頻譜；（5）計(jì)算匹配濾波器

11、的傳輸函數(shù)：當(dāng)線性濾波器傳輸函數(shù)為輸入信號(hào)頻潛函數(shù)的復(fù)共軛時(shí)，該濾波器能夠給出最大的信噪比, 這種濾波器稱(chēng)為匹配濾波器；匹配濾波器的傳輸函數(shù)為：；（6）求信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器的頻譜：經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的頻譜為：（7）采用多正弦窗進(jìn)行譜估計(jì)：窗函數(shù)取為: n=0，1,2N-1設(shè)K為正弦窗數(shù)量,為第個(gè)正弦窗的加權(quán)系數(shù)，則經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的多正弦窗譜估計(jì)為： 其中(qzhng)為第k個(gè)特征(tzhng)譜。而 k=0，1,2N-1所以(suy)多正弦窗譜估計(jì)可表示為：(8)將信號(hào)頻譜還原為時(shí)域信號(hào)： n=0，1,2N-1（備注：需要針對(duì)上述出現(xiàn)多個(gè)參數(shù)予以定義，也需要說(shuō)明，各個(gè)字母所代表的含義，大小寫(xiě)均

12、需要說(shuō)明，如果表示含義一致，那么大小字母應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一，如需要說(shuō)明代表的含義，H代表的含義，等等）該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明方法中，利用四重相關(guān)和雙譜(四重相關(guān)函數(shù)的頻譜函數(shù))分析，實(shí)現(xiàn)高階矩范圍內(nèi)信號(hào)處理，由于零均值的高斯平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的四重相關(guān)等于零，以及四重相關(guān)具有位移和旋轉(zhuǎn)不變性等特點(diǎn)，并且雙譜含有豐富的冗余信息，采用匹配濾波器進(jìn)行濾波，該濾波器能夠給出最大的信噪比。因此，四重相關(guān)匹配濾波技術(shù)較之二重相關(guān)匹配濾波技術(shù)，可以進(jìn)一步抑制噪聲，從而提高信噪比。多正弦窗譜估計(jì)在有效改進(jìn)譜估計(jì)的方差性能的同時(shí)，能夠保證一定的頻率分辨能力。附圖說(shuō)明圖1 是本發(fā)明實(shí)施例中所使用算法流程圖。具體實(shí)施方式下面

13、結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。實(shí)施例本實(shí)施例中的弱信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)化方法，其流程如圖1所示，具體步驟如下：（1）讀取離散化后的輸入信號(hào):x(n) n=0，1,2N-1 ，其中N為信號(hào)x(t)的采樣點(diǎn)數(shù)；（2）對(duì)輸入信號(hào)(xnho)x(n)進(jìn)行四重自相關(guān)，信號(hào)x(n)的四重相關(guān)可表示為：即含噪信號(hào)x(n)的四重相關(guān)近似等于(dngy)有用信號(hào)s(n)的四重自相關(guān)。用Matlab語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)x(n)二重(r zhn)相關(guān)：R2m=autocorr(xn)四重相關(guān)：R4m=autocorr(R2m)（3）計(jì)算相關(guān)函數(shù)和輸入信號(hào)x(n)的頻譜： k=0，1,2N-1

14、 k=0，1,2N-1用Matlab語(yǔ)言計(jì)算相關(guān)函數(shù)的頻譜：n=0:N-1; k =0:N-1; %序列范圍 WN=exp(-j*2*pi/N); %設(shè)定wn因子 nk=n*k; %賦值nk轉(zhuǎn)置為n行1列矩陣與k相乘 WNnk=WN.nk; %矩陣點(diǎn)冪 Rk=r4m*WNnk; %相關(guān)函數(shù)的頻譜Xk=xn*WNnk; %輸入信號(hào)x(n)的頻譜（4）由相關(guān)信號(hào)的頻譜，根據(jù)信號(hào)的頻譜與自相關(guān)函數(shù)頻譜的關(guān)系，利用公式，由四重相關(guān)信號(hào)頻譜計(jì)算有用信號(hào)s(n)的頻譜；用Matlab語(yǔ)言計(jì)算有用信號(hào)s(n)的頻譜:Rk_abs=abs(Rk) %的幅頻Sk_abs=Rk_abs. 1/4 %的幅頻Sk _

15、angle=angle(Rk)/4 %的相頻（5）計(jì)算匹配(ppi)濾波器的傳輸函數(shù)：當(dāng)線性濾波器傳輸函數(shù)為輸入信號(hào)頻潛函數(shù)的復(fù)共軛時(shí)，該濾波器能夠給出最大的信噪比, 這種濾波器稱(chēng)為匹配濾波器；匹配濾波器的傳輸函數(shù)為：用Matlab語(yǔ)言(yyn)計(jì)算匹配(ppi)濾波器的傳輸函數(shù)：Hk=conj(Xk)（6）求信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器的頻譜：經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的頻譜為：用Matlab語(yǔ)言計(jì)算經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的頻譜為：X1k=Sk.*Hk（7）采用多正弦窗進(jìn)行譜估計(jì)：窗函數(shù)取為: n=0，1,2N-1設(shè)K為正弦窗數(shù)量,為第個(gè)正弦窗的加權(quán)系數(shù)，則經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)的多正弦窗譜估計(jì)為： 其中為第k個(gè)特征譜。而

16、 k=0，1,2N-1所以多正弦(zhngxin)窗譜估計(jì)可表示為：用Matlab語(yǔ)言(yyn)計(jì)算多正弦(zhngxin)窗譜估計(jì)：For l=1:Kk=0:N-1; %序列范圍dw=2*pi/N; %頻率分辨率dwk=k*dw; ; wi= pi*(l+1)/(N+1) ；多弦窗估計(jì)的頻率偏移abs=interp1(dwk,abs (X1k)，,wi)：Xmtk=X1k(8)將信號(hào)頻譜還原為時(shí)域信號(hào)： n=0，1,2N-1用Matlab語(yǔ)言將信號(hào)頻譜還原為時(shí)域信號(hào)：n=0:N-1; k =0:N-1; %序列范圍 WN1=exp(j*2*pi/N); %設(shè)定wn因子 kn=k*n; %賦值nk轉(zhuǎn)置為n行1列矩陣與k相乘 WNnk1=WN1.kn; %矩陣點(diǎn)冪 x2n=Xmtk*WNnk1; %求出時(shí)域信號(hào)（備注：需要針對(duì)上述出現(xiàn)多個(gè)參數(shù)予以定義，也需要說(shuō)明，各個(gè)字母所代表的含義，大小寫(xiě)均需要說(shuō)明，如果表示含義一致，那么大小字母應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一，如需要說(shuō)明代表的含義，H代表的含義，等等）以上(yshng)所述是本發(fā)明(fmng)的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)(jsh)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還