[發明專利]一種基于噪聲甄別的大地電磁信號去噪方法

有效

• 申請號: 201810858135.X
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN109101910B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李晉;蔡錦;張賢;劉曉瓊;韋香寧;嚴夢純
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種基于噪聲甄別的大地電磁信號去噪方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：從采集的大地電磁信號中提取電磁信號樣本；

其中，提取的所述電磁信號樣本分為非強干擾的電磁信號以及強干擾的電磁信號；

步驟2：分別計算每個電磁信號樣本的近似熵和LZ復雜度；

步驟3：利用每個電磁信號樣本的近似熵、LZ復雜度以及類別值訓練預設分類模型得到噪音甄別分類模型；

其中，每個電磁信號樣本的類別值表示電磁信號是否為強干擾且依據電磁信號是否為強干擾來編碼，所述噪音甄別分類模型的輸入數據為電磁信號段的近似熵和LZ復雜度，輸出數據為對應電磁信號段的類別值；

步驟4：獲取待處理的大地電磁信號，再依據步驟3中的噪音甄別分類模型對待處理的大地電磁信號進行噪音甄別得到非強干擾的電磁信號段、強干擾的電磁信號段；

其中，將待處理的大地電磁信號劃分為J段，并分別計算每段電磁信號的近似熵和LZ復雜度，再將每段電磁信號的近似熵和LZ復雜度輸入噪音甄別分類模型得到每段電磁信號的類別值，J為正整數；

步驟5：對步驟4中強干擾的電磁信號段進行噪聲壓制處理；

其中，首先，利用互補集合經驗模態分解強干擾的電磁信號段得到若干階固有模態函數分量；

然后，采用小波閾值法對每階固有模態函數分量依次進行降噪得到噪聲壓制后的電磁信號段；所述小波閾值法采用sym6小波基函數進行5層分解；

步驟6：將噪聲壓制處理后的電磁信號段與步驟4中非強干擾的電磁信號段進行合并得到重構的大地電磁信號。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述利用互補集合經驗模態分解強干擾的電磁信號段得到若干階固有模態函數分量的過程如下：

步驟5.1：在強干擾的電磁信號段加入白噪聲得到兩組含噪信號M₁和M₂；

式中，S'為強干擾的電磁信號段，W為加入的白噪聲；

步驟5.2：對兩組含噪信號M₁和M₂進行經驗模態分解得到第1階固有模態函數分量和1階殘差；

步驟5.3：對得到的1階殘差進行經驗模態分解得到第2階固有模態函數分量和2階殘差，重復對每次得到的殘差進行經驗模態分解直至殘差極值的個數小于或等于2時停止經驗模態分解；

其中，每次經驗模態分解得到一個固有模態函數分量。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：電磁信號的近似熵的獲取過程如下：

步驟2.1：根據電磁信號的時間序列構建m維向量；

R(i)＝(u(i),u(i+1)...u(i+m-1))，i＝1,2,...,N-m+1

式中，R(i)為構建的第i個m維向量，u(i)、u(i+1)、u(i+m-1)分別為電磁信號的時間序列中第i個、第i+1個、第i+m-1個序列點信號，N為電磁信號時間序列中序列點的個數；

步驟2.2：分別依次計算每兩個m維向量之間的距離；

其中，第i個m維向量R(i)與第j個m維向量R(j)之間的距離計算公式如下：

式中，d(R(i),R(j))為兩個m維向量R(i)、R(j)之間的距離；

步驟2.3：計算每個m維向量與其他m維向量的相似度；

其中，每個m維向量對應一個相似度，所述相似度的計算公式如下：

式中，為第i個m維向量R(i)的相似度，B{d(R(i),R(j))＜λ}為第i個m維向量R(i)與其他m維向量R(j)之間的距離d(R(i),R(j))小于λ的數量，λ為近似熵的相似容限；

步驟2.4：基于步驟2.3計算出的相似度按照如下公式計算出中間參數；

式中，Φ^m(λ)為中間參數；

步驟2.5：增加維數使得m＝m+1，再按照步驟2.1-2.4計算出維數變化后的中間參數；

步驟2.6：計算維數變化前后的中間參數的差值，所述差值為電磁信號的近似熵。