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专利号: 2020107964323
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,包括:

1)构建目标空间和参数空间之间变换L×ρ维的稀疏矩阵H,所述稀疏矩阵H用于将目标空间的L×1维列向量f转换为目标空间f在稀疏矩阵H上展开的系数向量p,所述系数向量p为参数空间的ρ维列向量;

2)获取接收机对孔径i处的信号采样得到列向量形式的离散接收信号Ri;

3)针对列向量形式的离散接收信号Ri进行压缩感知特征提取。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,步骤1)中的稀疏矩阵H是指直线的稀疏矩阵Hl,且构建直线的稀疏矩阵Hl的步骤包括:将对应的参数空间离散,对N×N目标空间中的数据点,遍历参数空间中一个参数的所有离散取值,计算出另一参数对应的数值构成稀疏矩阵的一行,遍历目标空间中所有数据点得到对应直线的稀疏矩阵Hl。

3.根据权利要求1所述的基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,步骤1)中的稀疏矩阵H是指圆的稀疏矩阵Hc,且构建圆的稀疏矩阵Hc的步骤包括:先固定半径值和圆心一个坐标点的取值,对目标空间中的所有数据点计算圆心另一坐标点的所有取值构成稀疏矩阵Hc的一行;固定半径值,遍历所固定参数的离散取值得到的计算值构成稀疏矩阵Hc的一页;且根据目标空间大小遍历所有可能的圆半径取值得到对应圆的稀疏矩阵Hc。

4.根据权利要求1所述的基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,步骤2)中采样得到列向量形式的离散接收信号Ri的函数表达式为:上式中,Ri为孔径i处的列向量形式的离散接收信号,Ri(t0)为孔径i处的t0时刻的离散接收信号,Ri(t0+1/Fs)为孔径i处的t0+1/Fs时刻的离散接收信号,Ri(t0+(Ns-1)/Fs)为孔径i处的t0+1/Fs时刻的离散接收信号,Fs为接收机的采样频率,t0为孔径i接收信号的初始时间,Ns为对接收信号的采样点数。

5.根据权利要求1所述的基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,步骤3)中针对列向量形式的离散接收信号Ri进行压缩感知特征提取的函数表达式为:Di=ΦRi=ΦΘiHp

上式中,Di为孔径i处的M×1维压缩感知特征提取数据,M为满足M<<Ns的随机测量数据量,Ns为对接收信号的采样点数,Φ为M×Ns维随机测量矩阵,Θi为将测量孔径i处的回波接收信号与目标空间联系起来的投影矩阵,H为稀疏矩阵,p为系数向量。

6.根据权利要求5所述的基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,步骤3)之前还包括生成随机测量数据量M的步骤,且生成随机测量数据量M的函数表达式为:M=C(μ2(Φ,ΘH)log L)k

上式中,μ(Φ,ΘH)为随机测量矩阵Φ和矩阵ΘH之间的非相关程度,C为常数,L是目标空间数据的长度,k为系数向量p中非零元素的个数。

7.根据权利要求5所述的基于压缩感知的探地雷达特征提取方法,其特征在于,步骤3)之后还包括重建参数空间的系数向量p的步骤:S1)针对系数向量p建立重建模型:

上式中,为系数向量p的估计值,A=ΦΘiH;Φ为M×Ns维随机测量矩阵,Θi为将测量孔径i处的回波接收信号与目标空间联系起来的投影矩阵,Di为孔径i处的M×1维压缩感知特征提取数据,H为稀疏矩阵,p为系数向量;

S2)将任意孔径i处的M×1维压缩感知特征提取数据Di为为有干扰引入或者图像信号本身存在一定噪声的形式:上式中,A=ΦΘiH;Φ为M×Ns维随机测量矩阵,Θi为将测量孔径i处的回波接收信号与目标空间联系起来的投影矩阵,H为稀疏矩阵,为满足正则分布N(0,σ2)的噪声信号;

S3)通过求解凸优化问题:

min||p||1 s.t. ||(A)T(Di-Ap)||∞<ξ1或min||p||1 s.t. ||(Di-Ap)||2<ξ2重建参数空间的系数向量p,其中ξ1和ξ2为预设的误差系数,A=ΦΘiH;Φ为M×Ns维随机测量矩阵,Θi为将测量孔径i处的回波接收信号与目标空间联系起来的投影矩阵,Di为孔径i处的M×1维压缩感知特征提取数据,H为稀疏矩阵,p为系数向量。

8.一种基于压缩感知的探地雷达特征提取系统,包括计算机设备,其特征在于,该计算机设备被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述基于压缩感知的探地雷达特征提取方法的步骤,或者该计算机设备的存储器被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述基于压缩感知的探地雷达特征提取方法的计算机程序。

9.一种探地雷达系统,包括相互连接的接收机和后处理设备,其特征在于,该后处理设备被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述基于压缩感知的探地雷达特征提取方法的步骤,或者该后处理设备的存储器被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述基于压缩感知的探地雷达特征提取方法的计算机程序。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述基于压缩感知的探地雷达特征提取方法的计算机程序。