APP下载

小波技术及其在雷达信号处理中的应用分析

2017-01-12沈鹏

山东工业技术 2016年24期
关键词:应用

摘 要:小波技术已成为信号处理领域的热点之一,本文介绍了小波分析的一般原理和特点的基础上,重点论述了小波分析在雷达信号处理中的诸多应用以及前景展望。

关键词:小波技术;雷达信号处理;应用

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.125

1 引言

小波变换技术作为新发展起来的信号处理工具,用于信号分析中将时、频统一来研究信号,解决了时频分辨力的矛盾[1-3]。随着现代雷达技术向多功能、超宽带的方向发展,系统需要处理的信号是多散射中心的、具有局部细微特征的合成信号,传统的傅里叶变换无法满足处理要求,而小波变换技术在这些信号的处理上却极其有效。本文介绍了小波变换的基本理论,并对其在雷达信号处理中的应用及特点做了相应的分析。

2 小波变换技术的一般原理及特点

小波变换技术是将原始信号通过变换后,分解成一系列具有不同空间分辨率和频率特性、方向特性的子带信号,这些子带信号具有良好的时域、频域等局部特征。这些特征可用来表示原始信号的局部特征,进而实现对信号时间、频率的局部化分析[2,3]。

小波变换中,母小波(Mother Wavelet)必须满足一定的条件[3]。假设函数为一平方可积函数,满足:

(1)

(1)式称为小波容许条件(Admissibility Condition), 为积分值,有界。满足(1)式的函数可作为小波函数,相应的小波基函数可表示为:

(2)

其中,a为尺度因子,b为位移因子,则函数的小波变换为:

(3)

在实际应用中,离散化处理参数a和b,取,,都为整数,则相应的离散小波变换为:

(4)

小波变换对不同频率成分()在时域上的取样步长()具有可调节性,高频者(对应于小的m值)小,低频者(对应于大的m值)大。

3 雷达信号处理中的小波应用及特点[1,4]

在雷达系统中,信号处理技术有着重要作用。由于具有良好局域特性,小波变换在数学和信及处理等领域得到了广泛的应用和研究。

(1)雷达信号的去噪。基于小波变换的频域带通特性和数学显微镜特点,可以对信号进行分离,从而达到滤除噪声的目的。所谓的小波去噪,就是通过粗分辨逼近和细节信息按一定规律做某种处理,达到去除噪降噪的目的。

如图1所示,在小波去噪的过程中,对含噪声的信号首先进行预处理,其基本目的在于最大限度减小乃至于消除各种噪声因素的干扰,最大程度的完整的提取出待测信号,在此基础上,利用小波变换将待处理信号变换到小波变换域中。经过小波变换后,信号的能量在小波变换域中与小波系数成正比,系数大的携带信号能量大。基于噪声对应的系数小,所以相应的处理较小的系数的时候,也相当于对噪声等干扰信号进行了处理,从而达到了降低噪声增强有用信号的目的。在对小波系数进行处理后,基于相应的小波系数进行逆变换,即可恢复有用信号。

(2)雷达信号检测与参数估计。在雷达信号的检测中,根据随机分形信号小波系数近似不相关的特性,在杂波进行了小波白化之后,再开展相关信号的检测及处理。仿真试验表明,该方法可有效地实现雷达目标信号的检测处理。此外,在不同尺度和时移的小波的基础上所建立的宽带回波信号模型,同时将母小波设置为发射信号,对主、被动雷达宽带信号回波分别进行相关性检测,结果表明该方法切实可行[2]。

对于参数估计而言,为进行一维距离像的测量,可以采用小波变换的功率谱估计方法。作为阵列信号处理研究的重要方面,空间信号的波达方向估计在采用小波变换技术后,可以获得更低的信噪比阈值和更高分辨力,同时可以最大限度的减少数据计算量,此外,每个空频子带中的并行估计不仅提高了效率,还极大地节省系统计算时间。在雷达目标识别中,当距离像作为识别的特征向量时, 为取得相对较好的分类结果,需要对系统的时延参数进行准确的估计,而基于小波技术中的超分辨算法可以被用来准确估计系统接受回拨的时延参数。对于内波的方向检测以及波长的估计中,基于二维小波变换的分析处理技术有着极大地应用前景,此外相关的实验结果表明,将基于小波分析的数据处理技术和多普勒模型进行相应的组合后,同样地可以对内波进行检测,并取得了不错的效果。

(3)雷达信号数据压缩。雷达信号的数据量极其庞大,不对其进行数据压缩处理,存储和传输是极为困难的。

与典型的数据压缩方法相比,小波变换可以更加有效的进行数据压缩。因为小波技术是可缩放的,所以在雷达视频信号处理压缩时,符合其传输和记录的要求[1]。首先,该压缩方法与实际雷达各种现实控制系统的显示方式一致。其次,该方法可以对误差有一定的容忍,同时在传输过程中对码率进行及时准确的控制。除此以外,在基于小波变换的编码中,被处理的图像是被作为一个整体数据被处理和传递的,从而与传统的分块处理的、图像被分成象素块进行处理传送图像编码不同,不会出现方块效应。

4 结束语

本文分析了小波技术的相关特性,对其在雷达信号处理领域的应用做了主要介绍。但是它还处在不断发展和创新的过程中,还有诸多问题需要解决。相信随着雷达技术的不断发展,小波变换技术在雷达信号处理中的应用也将更加广泛。

参考文献:

[1]简涛,何友,苏峰等.小波变换在雷达信号检测中的应用[J].海军航空工程学院学报,2006,21(01):121-123

[2]黄小毛,张永刚.小波变换在雷达回波信号消噪处理中的应用[J].现代雷达,2001(05):34-37,13

[3]杨宗凯.小波去噪及其在信号检测中的应用[J].华中理工大学学报,1997,25(02):1-4

[4]王仲民,戴士杰,岳宏等.基于小波变换的信号消噪[J].河北工业大学学报,2000,29(05):48-51

作者简介: 沈鹏(1983-),湖北人,硕士,工程师,主要研究方向:雷达目标特性。

猜你喜欢

应用
配网自动化技术的应用探讨
带压堵漏技术在检修中的应用
行列式的性质及若干应用
癌症扩散和治疗研究中的微分方程模型
红外线测温仪在汽车诊断中的应用
多媒体技术在小学语文教学中的应用研究
微课的翻转课堂在英语教学中的应用研究
分析膜技术及其在电厂水处理中的应用
GM(1,1)白化微分优化方程预测模型建模过程应用分析
煤矿井下坑道钻机人机工程学应用分析