[发明专利]一种激光雷达回波信号散斑噪声的滤除方法

权利要求书

1.一种激光雷达回波信号散斑噪声的滤除方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对雷达系统采集的激光回波信号进行加性噪声滤除，再对滤噪后的回波信号进行同态变换，将同态变换后的信号作为独立成分分析的第一路观测信号；

(2)采样发射源脉冲信号作为参考信号，对参考信号进行时域循环移位，N为移位步长，且初始移位步长为1，将移位后的参考信号与滤除加性噪声的回波信号相乘后进行同态变换，将同态变换后的信号作为独立成分分析的第二路观测信号；

(3)将第一路观测信号和第二路观测信号输入独立成分分析算法，得到两路分离结果；

(4)对两路分离结果做同态逆变换，得到一路分离信号和一路分离噪声，计算分离噪声的局部均方差，并判断是否大于设定阈值，若是，则判断本次循环得到的分离信号不符合要求，令N＝N+1；若不是，则判断本次循环得到的分离信号符合要求，保存本次分离结果，令N＝N+1；

(5)判断移位步长N是否大于回波信号波形的时域长度，若不是，返回步骤(2)，继续迭代，若是，则停止迭代；

(6)选择所保存的各次分离噪声的局部均方差最小的那一次分离结果作为信号与噪声的最佳分离结果，完成激光雷达回波信号的散斑噪声滤除。

2.根据权利要求1所述激光雷达回波信号散斑噪声的滤除方法，其特征在于，在步骤(1)中，设雷达系统采集的激光回波信号为e(t)＝m(t)s(t-t₀)+n(t)，其中，n(t)为加性噪声，s(t)为发射源脉冲信号，t₀为激光实际飞行时间，m(t)为总的散斑噪声；则加性噪声滤除后的回波信号为e′(t)＝m(t)s(t-t₀)，e′(t)经同态变换后得到第一路观测信号x₁(t)＝log(m(t)s(t-t₀))＝logs(t-t₀)+logm(t)。

3.根据权利要求2所述激光雷达回波信号散斑噪声的滤除方法，其特征在于，在步骤(2)中，采样发射源脉冲信号s(t)作为参考信号，设采样率为Δt，时移τ＝NΔt，则s(t)的移位波形为s(t-τ)，将s(t-τ)与信号e′(t)相乘后进行同态变换，得到第二路观测信号x₂(t)＝log(s(t-τ)·e′(t))＝log(s(t-τ)·m(t)s(t-t₀))＝logs(t-τ)+logs(t-t₀)+logm(t)。

4.根据权利要求3所述激光雷达回波信号散斑噪声的滤除方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程如下：

将两路观测信号作为独立成分分析算法的两路输入源信号，其输出在τ取不同值时有不同结果：

当τ≠t₀时，s(t-τ)≠s(t-t₀)，此时参考信号未匹配到实际回波信号位置，观测向量表示为

当τ＝t₀时，s(t-τ)＝s(t-t₀)，此时参考信号匹配到实际回波信号位置，观测向量表示为

其中，A为混合矩阵，S为要分离的源矩阵；独立成分分析算法利用观测向量X找到解混矩阵W，使得输出矩阵Y＝WX＝[y₁(t) y₂(t)]^T最佳逼近源矩阵S，从而找到两路分离结果y₁(t)和y₂(t)。

5.根据权利要求4所述激光雷达回波信号散斑噪声的滤除方法，其特征在于，步骤(4)的具体步骤如下：

(a)对独立成分分析算法输出的两路分离结果做同态逆变换，即和分别为分离信号和分离噪声；

(b)对分离噪声在时域范围内找出其阈值标准以上的所有数据点为的平均值，α为预设参数，为阈值标准；

(c)计算y′₂(n)的均方差，即的局部均方差：为y′₂(n)长度，为y′₂(n)平均值；

(d)若σ＞ε，ε为预设的误差阈值，则判断当前迭代步参考信号未匹配实际回波信号，舍弃本迭代步的分离结果，令移位步长N＝N+1；反之，则判断当前迭代步参考信号在误差ε范围内匹配到实际回波信号，将当前迭代步的分离结果保存，令移位步长N＝N+1。