[發(fā)明專利]一種基于小波理論和EEMD的微弱信號的去噪方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610825420.2
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106645943A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙雅琴;胡丹;吳龍文;任廣輝
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于小波理論和EEMD的微弱信號的去噪方法，屬于信號去噪領(lǐng)域。

技術(shù)背景

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中，非合作目標(biāo)的電磁特性越來越具有低可探測性，目標(biāo)輻射的電磁信號被淹沒在噪聲中，信號功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于噪聲功率，形成了微弱信號，難以被感知獲取。本設(shè)計(jì)針對信噪比較低的分段信號研究去噪方法，這將對截獲信號后的檢測識別具有重要意義。

在信號去噪領(lǐng)域，許多學(xué)者在應(yīng)用小波方法去噪方面做了大量工作。其原因在于，首先小波理論具備良好的時頻特性，另外小波去噪方法還具有去相關(guān)性，選基靈活性等特性。具體操作中，經(jīng)過分解，小波系數(shù)處理和重構(gòu)三部分，即可得到比較好的去噪效果。但是在信噪比極低的情況下，普通的小波去噪幾乎沒有效果，體現(xiàn)在：信噪改善比幾乎為零，均方根誤差很大。這對于信號去噪沒有意義。因此考慮探索新的去噪途徑。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?Empirical Mode Decomposition,EMD)方法是近年來引起學(xué)者廣泛注意的一種信號處理方法，它能將復(fù)雜信號分解成一些典型的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ叫盘枺覍υ肼暿置舾校阌诤罄m(xù)的研究。但是，EMD算法存在幾點(diǎn)不足其本身不能克服，如模態(tài)混疊問題，這將使分解后的信號出現(xiàn)嚴(yán)重失真，針對這個問題，我們采用基于將小波理論應(yīng)用到集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)的方法對信噪比較低的分段信號進(jìn)行去噪處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的常規(guī)去噪方法在處理微弱信號時，對于信噪比改善效果不良的問題，而提出一種基于小波理論和EEMD的微弱信號去噪方法。

一種基于小波理論和EEMD的微弱信號去噪方法，所述方法包括：

步驟一、獲取原始信號并對其進(jìn)行EEMD分解，得到本征模態(tài)函數(shù)集合，通過所述本征模態(tài)函數(shù)集合中每個本征模態(tài)函數(shù)的能量關(guān)系確定用于重構(gòu)的本征模態(tài)函數(shù)，其中EEMD為集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓?/p>

步驟二、對每個用于重構(gòu)的本征模態(tài)函數(shù)中每兩個過零點(diǎn)之間的極值絕對值與閾值比較并做剔除噪聲處理；

步驟三、通過隨機(jī)改變第一個本征模態(tài)函數(shù)的采樣位置，得到原始信號不同帶噪形式，分別對每種所述帶噪形式做步驟二的處理，得到重構(gòu)后的信號；

步驟四、對所述重構(gòu)后得到的信號取平均，得到去噪后的信號。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明充分利用了小波理論和EEMD方法結(jié)合的靈活性，通過對待處理的帶噪信號經(jīng)過EEMD分解之后得到的各個本征模態(tài)函數(shù)的能量關(guān)系研究，選出用于重構(gòu)的本征模態(tài)函數(shù)。將小波理論的閾值去噪思想應(yīng)用到這些本征模態(tài)函數(shù)中。確定每個本征模態(tài)中所有零交叉點(diǎn)位置，將兩個相鄰零交叉點(diǎn)定義為間隙，在每個間隙中進(jìn)行相應(yīng)閾值處理。對原始信號中第一個本征模態(tài)函數(shù)采樣位置隨機(jī)變化產(chǎn)生新的信號，對新信號重復(fù)上述閾值去噪操作，最后將所有經(jīng)過閾值處理后的本征模態(tài)函數(shù)重構(gòu)，從而得到去噪后的信號。這種去噪方法可以自適應(yīng)地結(jié)合不同信號的特點(diǎn)，有針對性地去噪處理，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對目標(biāo)微弱信號的信噪改善比大于15dB，均方根誤差較小。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2(a)-圖2(c)為直接應(yīng)用EEMD分解重構(gòu)去噪和間歇去噪、迭代去噪后得到的效果對比的實(shí)施例的示意圖；

圖3為迭代去噪處理后去噪后信噪比隨原始信噪比的關(guān)系的示意圖；

圖4為帶噪聲的信號分解后的IMF與純噪聲信號分解后的IMF對比的示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：

本實(shí)施方式的一種基于小波理論和EEMD的微弱信號的去噪方法，所述方法包括目標(biāo)信號建模分解預(yù)處理和去噪處理兩個部分，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、獲取原始信號并對其進(jìn)行EEMD分解，得到本征模態(tài)函數(shù)集合，通過所述本征模態(tài)函數(shù)集合中每個本征模態(tài)函數(shù)的能量關(guān)系確定用于重構(gòu)的本征模態(tài)函數(shù)，其中EEMD為集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓?/p>

需要說明的是，因?yàn)楸景l(fā)明屬于小波去噪領(lǐng)域，因此本發(fā)明所述的原始信號也是屬于小波去噪領(lǐng)域能夠處理的信號。

另外，本發(fā)明中提到的“微弱信號”含義是確定的，本領(lǐng)域內(nèi)“微弱信號檢測”屬于常用技術(shù)術(shù)語，其含義是“對淹沒在背景噪聲中微弱信號的測量”，即微弱信號可以是信噪比較低，以至于易被淹沒在背景噪聲中的信號。因此在具體的實(shí)際應(yīng)用中，判斷原始是否是微弱信號可以將原始信號與背景噪聲進(jìn)行對比，依據(jù)具體實(shí)際情況進(jìn)行判斷。