基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法及装置与流程

本发明涉及雷达信号处理，尤其涉及一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法及装置。

背景技术：

1、探地雷达（ground penetrating radar，gpr）作为一种利用高频电磁波探测地下介质分布的无损检测技术，已广泛应用于地质勘查、道路病害检测、地下管线定位及考古发掘等多个重要领域。在实际探测过程中，探地雷达发射电磁脉冲并接收来自地下不同界面的反射回波，通过对这些回波信号的分析来推断地下结构或目标位置。为了从原始回波数据中提取有效的目标信息，通常需要对采集到的大量扫描数据进行预处理，其中背景杂波的抑制是提升成像质量的关键环节。现有的背景去除技术路线主要包括滑动平均法、子空间投影法以及基于主成分分析的传统统计学习方法等，这些方法通常通过构建背景模型来估计并减去信号中的稳定分量，从而突出局部异常的目标信号。

2、然而，在连续扫描和动态探测的实际应用场景中，现有技术面临着实时性与计算资源之间的固有矛盾。传统的主成分分析方法往往需要一次性加载全部历史数据构建大尺寸矩阵并进行全局奇异值分解，这种处理方式导致计算复杂度随数据量增加而急剧上升，且对存储容量提出了极高要求。在面对海量实时到达的雷达回波数据时，现有技术方案难以在保证低延迟响应的同时维持高精度的背景估计能力，导致在处理长距离连续探测任务时容易出现数据处理滞后、系统资源过载以及背景模型更新不及时等问题，限制了探地雷达在复杂动态环境下的在线检测性能。因此，现有技术中用于探地雷达的背景信号去除方法存在处理效率较差的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法及装置，旨在解决现有技术中用于探地雷达的背景信号去除方法所存在的处理效率较差的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其中，所述方法应用于处理终端，所述处理终端与探测雷达进行通信连接以实现数据信息的传输，所述方法包括：

3、接收所述探测雷达所输入的初始测量信号，根据预置的信号截取规则从所述初始测量信号中截取得到对应的关键测量信号；

4、根据所述信号截取规则初始化主成分分析模型；

5、对所述关键测量信号进行均值滤波处理，得到对应的初始滤波信号；

6、根据预置的背景向量设定规则及所述初始滤波信号对所述主成分分析模型的背景预估向量进行初始设定；

7、根据所述主成分分析模型中的背景基矩阵对所述初始滤波信号中各单周期滤波信号进行投影并获取对应的投影结果；

8、判断各所述单周期滤波信号的投影结果是否满足预置的充分判断条件；

9、若所述单周期滤波信号的投影结果满足所述充分判断条件，则仅根据所述投影结果对所述主成分分析模型中与所述单周期滤波信号对应的背景预估向量进行更新；

10、若所述单周期滤波信号的投影结果不满足所述充分判断条件，根据预置的奇异值分解算法及所述投影结果对所述主成分分析模型进行全面更新；

11、将各所述单周期滤波信号减去更新后各自的背景预估向量，得到与所述初始测量信号对应的目标去背景信号。

12、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除装置，其中，述装置配置于处理终端，所述处理终端与探测雷达进行通信连接以实现数据信息的传输，所述装置用于执行如上述第一方面所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，所述装置包括：

13、关键测量信号获取单元，用于接收所述探测雷达所输入的初始测量信号，根据预置的信号截取规则从所述初始测量信号中截取得到对应的关键测量信号；

14、主成分分析模型初始化单元，用于根据所述信号截取规则初始化主成分分析模型；

15、均值滤波处理单元，用于对所述关键测量信号进行均值滤波处理，得到对应的初始滤波信号；

16、设定单元，用于根据预置的背景向量设定规则及所述初始滤波信号对所述主成分分析模型的背景预估向量进行初始设定；

17、投影结果获取单元，用于根据所述主成分分析模型中的背景基矩阵对所述初始滤波信号中各单周期滤波信号进行投影并获取对应的投影结果；

18、投影结果判断单元，用于判断各所述单周期滤波信号的投影结果是否满足预置的充分判断条件；

19、部分更新单元，用于若所述单周期滤波信号的投影结果满足所述充分判断条件，则仅根据所述投影结果对所述主成分分析模型中与所述单周期滤波信号对应的背景预估向量进行更新；

20、全面更新单元，用于若所述单周期滤波信号的投影结果不满足所述充分判断条件，根据预置的奇异值分解算法及所述投影结果对所述主成分分析模型进行全面更新；

21、背景去除处理单元，用于将各所述单周期滤波信号减去更新后各自的背景预估向量，得到与所述初始测量信号对应的目标去背景信号。

22、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，其中，所述设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；

23、存储器，用于存放计算机程序；

24、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法的步骤。

25、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法的步骤。

26、本发明实施例提供了一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法及装置，方法包括：接收探测雷达输入的初始测量信号并截取得到关键测量信号；初始化主成分分析模型并对关键测量信号进行均值滤波；根据背景向量设定规则设定背景预估向量；利用背景基矩阵对单周期滤波信号进行投影并判断是否满足充分判断条件；根据判断结果选择仅更新背景预估向量或对模型进行全面更新；将单周期滤波信号减去更新后的背景预估向量得到目标去背景信号。上述探地雷达背景信号去除方法，无需存储全部历史数据即可逐帧动态调整背景模型，通过低维矩阵运算替代大规模全局分解，显著降低了计算复杂度与存储开销，大幅提升了探地雷达背景信号去除的处理速度。

1.一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述方法应用于处理终端，所述处理终端与探测雷达进行通信连接以实现数据信息的传输，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述根据预置的信号截取规则从所述初始测量信号中截取得到对应的关键测量信号，包括：

3.根据权利要求2所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述根据所述信号截取规则初始化主成分分析模型，包括：

4.根据权利要求3所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述根据预置的背景向量设定规则及所述初始滤波信号对所述主成分分析模型的背景预估向量进行初始设定，包括：

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述根据所述主成分分析模型中的背景基矩阵对所述初始滤波信号中各单周期滤波信号进行投影并获取对应的投影结果，包括：

6.根据权利要求5所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述判断各所述单周期滤波信号的投影结果是否满足预置的充分判断条件，包括：

7.根据权利要求6所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，其特征在于，所述根据预置的奇异值分解算法及所述投影结果对所述主成分分析模型进行全面更新，包括：

8.一种基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除装置，其特征在于，所述装置配置于处理终端，所述处理终端与探测雷达进行通信连接以实现数据信息的传输，所述装置用于执行如权利要求1-7任一项所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法，所述装置包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于增量主成分分析的探地雷达背景信号去除方法的步骤。