[發明專利]一種基于雙曲線閾值去噪的峰值提取方法

有效

• 申請號: 202011422371.0
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112729152B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 陳梅云;陳錦標;龐水玲;吳衡;覃勝均;張啟洋;蔡念;王晗
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 孔祥健

本發明公開了一種基于雙曲線閾值去噪的峰值提取方法，包括以下步驟：S1、對信號進行預處理，得到頻譜序列Y，并以頻譜序列Y為縱坐標，頻譜序列Y的頻率取值B為橫坐標繪制出信號有效波段的頻譜圖；S2、對頻譜序列Y進行雙曲線閾值去噪處理，得到去噪后的頻譜圖；S3、對頻譜圖的有效峰值進行提取。本發明在進行雙曲線閾值去噪的基礎上通過采用波峰寬度閾值和高度均值及其條件權值來進行峰值提取，使自適應能力、精確度和分辨率都得到提高。只要求得有效峰值頻率，就能計算出絕對距離，通過雙曲線閾值去噪和峰值提取的方法可以將肉眼分辨不出來的有效峰值提取出來，從而擴大分光干涉儀的測距范圍。

技術領域

本發明涉及激光測距的技術領域，尤其涉及到一種基于雙曲線閾值去噪的峰值提取方法。

背景技術

分光干涉儀利用衍射光柵的分光作用來將不同的波長分離出來，從而進行光譜檢測。分光干涉儀的應用非常廣泛，幾乎在人們的生活和科學的方方面面都有涉及，尤其在測距方面應用廣泛。在采用分光干涉儀測距時，探測儀對入射光進行光譜分析，只要對得到的頻譜圖的有效峰值進行提取，就能達到精確測距的目的。由于探測儀得到的光強與時間的關系圖中的條紋數超過了分光干涉儀的分辨率，導致有效峰值提取不出來，進而限制了最大可測量范圍。因此，為了擴大分光干涉儀的測量距離，有人采用提取峰值的方法，而有的人采用去噪的方法。

在實際應用中，常用的去噪方法有移動平均法、傅里葉變換法、卡爾曼濾波法、EMD法和小波去噪法。其中，移動平均方法實現簡單，但它容易丟失數據。傅里葉變換法和卡爾曼濾波法主要用于處理線性信號，對于非線性信號效果并不理想，而且卡爾曼濾波法需要先驗信息。然而EMD法和小波去噪不僅適用于非線性信號，也不需要任何先驗信息，解決了傅里葉變換法和卡爾曼濾波法存在的這些問題。但是EMD法去噪能力太強以至于很多波峰都被濾除掉了，降低了峰值提取的準確性。小波去噪主要有硬閾值去噪和軟閾值去噪這兩種方法，硬閾值去噪能夠很好地保留原始特征，但是去噪后曲線不夠平滑，而軟閾值去噪后的曲線過于平滑而偏離原始數據。

為此，針對分光干涉儀，急需一種有效的峰值提取方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于雙曲線閾值去噪的峰值提取方法。雙曲線閾值去噪能把無用的干擾信號濾除掉，使得模糊的有效峰值變得清晰可辨，通過采用波峰寬度閾值和高度均值及其條件權值來進行峰值提取，本發明將雙曲線閾值去噪和峰值提取算法結合起來，使得算法的自適應能力、精確度和分辨率都提高了。只要求得有效峰值頻率，就能計算出絕對距離，通過雙曲線閾值去噪和峰值提取的方法可以將肉眼分辨不出來的有效峰值提取出來，提高信噪比，從而擴大了分光干涉儀的測距范圍。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：

一種基于雙曲線閾值去噪的峰值提取方法，總的峰值提取方法主要包括雙曲線閾值去噪和峰值提取，具體的流程有：通過模擬數字轉換器ADC將連續信號(原始信號)轉換成離散信號，再對其進行快速傅里葉變換得到頻譜圖。隨著測量距離的增大，有效峰值變得越來越模糊，當超過一定范圍時，峰值就很難被直接提取出來，這嚴重限制了分光干涉儀的分辨率。為了解決這個問題，需要對頻譜圖進行小波去噪，然后對頻譜圖的波峰按照一定條件進行波峰篩選，最后提取出寬度滿足一定間距的有效峰值。

主要包括以下步驟：

S1、對信號進行預處理，得到頻譜序列Y，并以頻譜序列Y為縱坐標，頻譜序列Y的頻率取值B為橫坐標繪制出信號有效波段的頻譜圖；

S2、對頻譜序列Y進行雙曲線閾值去噪處理，得到去噪后的頻譜圖；

S3、對雙曲線閾值去噪得到的頻譜圖的有效峰值進行提取，提高信噪比，從而擴大分光干涉儀的測距范圍。

進一步地，所述步驟S1的具體過程如下：