基于S變換的合成孔徑雷達信號分析和處理

【摘要】將S變換的時頻分析運用到合成孔徑雷達回波信號分析中，構造一種時頻濾波器，對雷達的回波信號進行時頻濾波仿真。結果表明，該方法能有效地去除噪聲，很好地保留了原始雷達回波信號的信號特征，增強了檢測與識別的能力。

【關鍵詞】廣義s變換時頻分析時頻濾波時頻濾波器

一、引言

現代的雷達，回波信號通常是帶寬比較寬的非平穩信號，而且有效信號與噪聲之間存在著很強的時頻耦合，這就使經典的濾波方法很難實現有效的信噪分離[2-3]。時頻分析是是研究非平穩信號的的重要工具。

二、S變換與廣義S變換

S變換的表達式為：

S變換與卓越的小波變換相相比較，具有三個突出的優點：（1）S變換和廣義S變換提供了相位信息，（2）S變換和廣義變換不必滿足小波變換的容許性條件。（3）S變換和廣義S變換和傅里葉之間存在著直接聯系，使得計算的過程比較簡單，運算效率大大的提高。廣義S變換是對S變換的高斯窗函數進行調整，引入姿GS和p兩個調節參數，從而根據實際的非平穩信號頻率特征和時頻分析的側重點，可以更好的改變窗函數寬度隨信號頻率的變化程度，從而能很好地適應具體信號的分析。廣義S變換的表達式為：

希爾伯特將實數信號表示為對應的復數信號，借助復數信號的相位，將實數信號的瞬時頻率求出。由于S變換含有的相位信息，所以我們可以直接從廣義S變換后的結果計算出瞬時頻率，這樣就在一定的程度上減少了數值間的計算。對雷達的回波信號x（t）進行廣義S變換后，結果是S（子，f），變換后的復數時頻譜

因為廣義S變換可以直接求解瞬時頻率，所以這就在一定的程度上減少了計算量。

三、時頻濾波器設計

為了減弱噪聲的干擾并提取有效信號的分量強度，構造濾波器，在經過廣義S變換的反變換得到去噪后的信號，其形式如下：

S和S-1分別表示對信號進行廣義S變換和反變換；H（n，k）表示的是時頻濾波算子。fi（n）為瞬時頻率；B（n）為濾波器的帶寬。

四、仿真實例

SAR信號

運動目標成像問題是合成孔徑雷達信號處理的一個難題，常規SAR的距離向高分辨率是通過線性調頻信號的脈沖壓縮得到，方位向的高分辨率是通過接收數據與靜止目標的沖擊響應做匹配相關獲得。沿X軸航向運動以速度Va運動的SAR平臺，在合成孔徑時間T照射距離為R的靜止目標，雷達接收信號可以表示為：

可見，運動目標和靜止目標的主要差別在于它們的中心頻率和調頻率不同。下面嘗試運用廣義S變換對運動的合成孔徑雷達回波信號分析。

選取兩個目標，參數分別為：目標1坐標（X1，Y1）=（10000m，700）：Vr1=25，ar1=2m/s2， Vc1=10m/s ，ac1=2 m/s2 ，反射率1；目標2坐標（X2，Y2）=（8000m，600），Vr2=20，ar2=2m/s2，Vc2=10m/s， ac2=2 m/s2反射率0.5。

仿真表明，廣義S變換能很好地抑制噪聲提取目標信息。

參考文獻

[1]丁鷺飛.耿富祿.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學出版社. 2005：52-58

[2]陳學華.時頻分布與地震信號譜分析研究[D].成都：成都理工大學信息工程學院.2006

[3]陳學華.賀振華.改進的S變換在信號處理中的應用[J].數據采集與處理. 2005.20（4）449-453