一種基于圖像熵的微波測試耦合雜波消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像熵的微波測試耦合雜波消 除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波測試中，待測設(shè)備所處的環(huán)境(包括支架、地面、處于待測設(shè)備附近的測試設(shè) 備)和外部射頻干擾均會對測試結(jié)果造成重大的影響。因此，在微波測量中常常利用微波暗 室來達(dá)到屏蔽外部射頻干擾和減弱環(huán)境和待測設(shè)備耦合的效果。但是，微波暗室尤其是大 型微波暗室造價昂貴，測試成本很高。在某些情況下，如待測設(shè)備較大找不到可以容納待測 設(shè)備的暗室，需要在半暗室或者非暗室的情況下對待測設(shè)備進(jìn)行測試。這種情況下，在沒有 吸波材料涂覆的背景上，電磁波可能產(chǎn)生反射，并進(jìn)入接收設(shè)備對微波測試造成影響。
[0003] 對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫的檢索，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的耦合雜波消除的方法主要可 以分為三類，第一類是時間門方法。該方法通過射線的方法模擬微波信號的傳播路徑，從而 估計由待測設(shè)備散射的微波信號到達(dá)接收設(shè)備的時間窗口，對于時域測試信號將時間窗口 之外的接收信號作為耦合雜波去除；對于頻域測量數(shù)據(jù)則采用基于快速傅里葉變換的方 法，將頻域測試信號通過快速傅里葉變化轉(zhuǎn)換至?xí)r域然后再利用時間門截斷最后通過逆傅 里葉變換獲取待測設(shè)備的自身散射信號。該方法在區(qū)分雜波時，無法處理時間域上無法分 離的雜波，其應(yīng)用范圍低于本發(fā)明所能達(dá)到的范圍。第二類耦合雜波消除方法是基于矩陣 束的方法。該方法將測試數(shù)據(jù)通過矩陣束的方法表示成多個指數(shù)函數(shù)的疊加的形式，其中 指數(shù)部分對應(yīng)于相位延遲，也即電磁波傳播路徑長度。該方法在區(qū)分雜波時，同樣無法處理 時間域上無法分離的雜波，其應(yīng)用范圍低于本發(fā)明所能達(dá)到的范圍。第三類方法是采用理 想沖擊響應(yīng)的方法。該方法將待測設(shè)備在非暗室條件下測試信號表示為待測目標(biāo)本身散射 信號與該非暗室測試條件下無目標(biāo)時理想天線測試信號的卷積。但是該方法針對小型天線 輻射測試問題，待測設(shè)備尺寸小，其與背景的耦合相對簡單，可以用射線模型很好的描述， 接收信號到達(dá)時間上較易區(qū)分，且其輻射方向性具有高增益、窄角度的特點。
[0004] 可以發(fā)現(xiàn)，上述三種方法都依賴于待測設(shè)備自身散射信號和耦合信號的不同傳播 路徑，及由其造成的在時間域可分離性，而對于較大的待測設(shè)備或者傳播路徑較為復(fù)雜的 待測設(shè)備，耦合信號和待測設(shè)備自身散射信號的傳播路徑雖然不同，但其長度，和對應(yīng)的傳 播時間將可能重合，上述方法無法有效消除耦合雜波。因此，提出一種不基于路徑信息的耦 合雜波消除方法，以實現(xiàn)真實還原在非暗室條件下電磁測試中待測設(shè)備的散射信號結(jié)果， 已經(jīng)成為本領(lǐng)域中亟待解決的一個技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像熵的微波測試耦合雜波消除方法，該方法包 括:在非暗室條件下，獲取待測目標(biāo)的多個掃頻及掃角散射信號;對獲取的多個掃頻及掃角 散射信號分別進(jìn)行初步去耦合處理;并對上述信號進(jìn)行逆合成孔徑成像處理獲取對應(yīng)的多 個散射圖像信息；最終以初始狀態(tài)下待測目標(biāo)的散射圖像信息的圖像熵最小化為目標(biāo)函 數(shù)，利用優(yōu)化算法對待測目標(biāo)的散射點強度進(jìn)行尋優(yōu)，獲取最優(yōu)參數(shù)，從而獲取初始狀態(tài)下 待測目標(biāo)圖像熵最小化逆合成孔徑像。本發(fā)明無需事先知曉電磁波傳播途徑，能夠處理復(fù) 雜結(jié)構(gòu)、區(qū)分路徑長度重疊的耦合信號和待測設(shè)備自身信號;并能夠與其它雜波消除方法 相結(jié)合。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種基于圖像熵的微波測試耦合雜波消除方法，其特點是，該耦合雜波消除方法 包含：
[0008] S1，采用微波散射測試方法，在非暗室條件下，根據(jù)待測目標(biāo)與測試系統(tǒng)的高度不 同，進(jìn)行多次測試，獲取待測目標(biāo)的多個掃頻及掃角散射信號；
[0009] S2,采用時間門的方法，對獲取的多個掃頻及掃角散射信號分別進(jìn)行初步去耦合 處理；
[0010] S3,對所述步驟S2處理獲得的多個信號分別進(jìn)行逆合成孔徑成像處理獲取對應(yīng)的 多個散射圖像信息；
[0011] S4,將所述步驟S3獲得的每個所述散射圖像信息劃分為若干子區(qū)域，針對該散射 圖像信息的每個子區(qū)域構(gòu)建基于多個圖像特征的協(xié)方差矩陣；
[0012] S5,對所述步驟S4中的每個所述散射圖像信息的每個子區(qū)域進(jìn)行協(xié)方差相似度評 估，找到無法與原始對應(yīng)散射圖像信息子區(qū)域?qū)?yīng)匹配的子區(qū)域集合，則該集合即為該散 射圖像信息的對應(yīng)的耦合散射區(qū)；
[0013] S6，對處于每個所述耦合散射區(qū)中的散射點強度進(jìn)行參數(shù)化計算；
[0014] S7,以初始狀態(tài)下待測目標(biāo)的散射圖像信息的圖像熵最小化為目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu) 化算法對待測目標(biāo)的散射點強度進(jìn)行尋優(yōu)，獲取最優(yōu)參數(shù)，從而獲取初始狀態(tài)下待測目標(biāo) 圖像熵最小化逆合成孔徑像；
[0015] S8,由所述步驟S7獲取的圖像熵最小化逆合成孔徑像獲取去耦合后的散射數(shù)據(jù)。
[0016] 所述步驟S1包含：
[0017] S1.1，在非暗室條件下，對于初始狀態(tài)下的待測目標(biāo)進(jìn)行微波散射測試，獲取初始 狀態(tài)下待測目標(biāo)的掃頻及掃角散射數(shù)據(jù)So(f，Θ);
[0018] S1.2,在非暗室條件下，將待測目標(biāo)與測試系統(tǒng)同時升高高度hk，進(jìn)行K次微波散 射測試，獲取多個掃頻及掃角散射數(shù)據(jù)Sk(f，Θ);
[0019] 其中，f一測試頻率，Θ-為測試角度，k = l，. . .，K。
[0020] 所述步驟S2包含：
[0021 ] S2.1，采用時間門的方法，通過待測目標(biāo)與測試系統(tǒng)的相對位置，利用電磁波傳播 速度與幾何關(guān)系計算出待測目標(biāo)本身散射信號到達(dá)測試系統(tǒng)的時間窗，其中
[0022]其中Smin為測試系統(tǒng)到目標(biāo)的最小單程距離，Smax為測試系統(tǒng)到目標(biāo)的最大單程距 離，C為自由空間中電磁波的傳播速度；
[0023] S2.2,經(jīng)時間門初步去耦合處理后，獲取的多個去耦合掃頻及掃角散射信號為：
[0024] Sk，(f,0) = Sk(f,0) * ff(t) (1)；
[0025] 其中，k = 0，l，· · ·，K;
[0026] 其中，W(t)為脈沖時間窗函數(shù)
[0027]
[0028] 所述步驟S3包含：
[0029]經(jīng)時間門初步去耦合處理的多個掃頻及掃角散射信號Sk'（f，0)進(jìn)行合成孔徑成 像處理得到對應(yīng)的散射圖像信息Ik為：
[0030]
[0031]其中，k = 0，l, . . .，Κ;χη和yn第η個數(shù)據(jù)點測試系統(tǒng)的X和y方向坐標(biāo)。
[0032] 所述步驟S4包含：
[0033] S4.1，將第k個散射圖像Ik劃分為Η個子區(qū)域，則第k個散射圖像Ik的第e個子區(qū)域的
圖像熵%.
[0034]
[0035] 其中，k = 0，l，. . .，K;e = l，2, . . .，H;Ike(p，q)為第k個散射圖像Ik在第e個子區(qū)域 的任一像素點在x和y方向的坐標(biāo)；
[0036] S4.2,構(gòu)建包含至少圖像幅度信息、圖像梯度信息、圖像熵的圖像特征協(xié)方差矩陣 C;則對于擁有F個圖像特征的協(xié)方差矩陣C中的元素 Cu，其中F 2 3;計算方法如下：
[0037]
[0038] 其中，fu，J；分別表示第i個特征的第1個樣本和所有第i個特征的平均值;類似的， f^，7；分別表示第j個特征的第1個樣本和所有第j個特征的平均值。
[0039] 所述步驟S5包含：
[0040] S5.1，對于第k個散射圖像Ik的第e個子區(qū)域內(nèi)R個協(xié)方差矩陣進(jìn)行任意兩個協(xié)方 差矩陣的協(xié)方差相似度評估，評估計算如下：
[0041]
[0042]其中，Ckel為第k個散射圖像Ik的第e個子區(qū)域內(nèi)任意一個協(xié)方差矩陣，其中i = l， 2,. . .，R;Ckg為第k個散射圖像Ik的第e個子區(qū)域內(nèi)任意一個與Ck(31不同的協(xié)方差矩陣，其中 j = 1，2，. . .，R ; ( Ckei，Ckej )為Ckei 與 Ck