[發(fā)明專利]一種全局最優(yōu)超聲信號去噪方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110178657.7
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112784811B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董明;李敬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06F18/10
• 分類號: G06F18/10;G06N3/006
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 馬鳳云

1.一種全局最優(yōu)超聲信號去噪方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、超聲回波信號的獲取和存儲：采用信號采集設(shè)備(1)獲取超聲回波信號f(t)，并將超聲回波信號f(t)存儲在計算機(2)中，信號采集設(shè)備(1)獲取超聲回波信號f(t)為待處理信號且f(t)＝[f(t₁),f(t₂),...,f(t_n),...,f(t_N)]，其中，n為采樣時刻編號且n＝1,2,...,N，N為信號的長度，f(t_n)為f(t)在t_n時刻的采樣點；

步驟二、超聲回波信號去噪：采用計算機(2)對超聲回波信號f(t)進行去噪，過程如下：

步驟201、基于參數(shù)尋優(yōu)的稀疏分解：調(diào)用正交匹配追蹤算法模塊對步驟一中的超聲回波信號f(t)進行分解，即得到K個最佳匹配原子，為K個最佳匹配原子中第k個最佳匹配原子，k是正整數(shù)且k＝1，2，...，K，為超聲回波信號f(t)第k次迭代后的殘差量，a_k為第k次迭代產(chǎn)生的殘差在對應的最佳匹配原子上的投影；

其中，為Gabor原子且為高斯窗函數(shù)且r_k為G_rk(t)的時頻參數(shù)且r_k＝(s_k,u_k,v_k,w_k)，s_k為第k次迭代中的尺度參數(shù)，u_k為第k次迭代中的平移參數(shù)，v_k為第k次迭代中的頻率參數(shù)，w_k為第k次迭代中的相位參數(shù)；

步驟202、尋找最優(yōu)時頻參數(shù)：調(diào)用參數(shù)尋優(yōu)算法模塊尋找最優(yōu)時頻參數(shù)，在時頻參數(shù)范圍內(nèi)找出最大味道濃度smell_best(r_k)的時頻參數(shù)r_k，再根據(jù)得出最佳匹配原子；

其中，為第k-1次迭代所得殘差和第k次迭代得到的最佳匹配原子的內(nèi)積，未開始迭代時，初始殘差和超聲回波信號f(t)的初始信號相等；

所述參數(shù)尋優(yōu)算法模塊為果蠅優(yōu)化算法模塊，參數(shù)尋優(yōu)的過程如下：

步驟2021、參數(shù)初始化：采用計算機(2)設(shè)定果蠅種群體的最大迭代次數(shù)maxgen和種群大小sizepop；

步驟2022、生成果蠅位置：采用計算機(2)隨機生成兩個果蠅種群的初始位置，兩個果蠅種群的初始位置均為四維向量，兩個果蠅種群分別用X和Y表示，并賦予果蠅種群X的初始位置果蠅種群Y的初始位置為隨機生成的果蠅種群X的初始位置時頻參數(shù)的初始值，為隨機生成的果蠅種群Y的初始位置時頻參數(shù)的初始值；

步驟2023、給定果蠅搜索的方向和步長：每個果蠅從初始位置離開，開始搜索最佳味道濃度蜜源的位置，調(diào)用自適應步長模塊，根據(jù)公式確定果蠅種群X中第i個果蠅此時的位置X_i和果蠅種群Y中第i個果蠅此時的位置Y_i，i為果蠅編號且i＝1、2、3、...、sizepop，L_g為果蠅的搜索步長，g是果蠅優(yōu)化算法當前迭代次數(shù)，g＝1、2、3、...、maxgen；

其中，為果蠅種群X中第i個果蠅的尺度參數(shù)且為果蠅種群X中第i個果蠅的平移參數(shù)且為果蠅種群X中第i個果蠅的頻率參數(shù)且為果蠅種群X中第i個果蠅的相位參數(shù)且為果蠅種群Y中第i個果蠅的尺度參數(shù)且為果蠅種群Y中第i個果蠅的平移參數(shù)且為果蠅種群Y中第i個果蠅的頻率參數(shù)且為果蠅種群Y中第i個果蠅的相位參數(shù)且

步驟2024、確定最佳蜜源的大小和位置：根據(jù)公式計算果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅搜索到的蜜源中時頻參數(shù)到原點的有效距離，其中，為果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅搜索到的蜜源中尺度參數(shù)到原點的有效距離，為果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅搜索到的蜜源中平移參數(shù)到原點的有效距離，為果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅搜索到的蜜源中頻率參數(shù)到原點的有效距離，為果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅搜索到的蜜源中相位參數(shù)到原點的有效距離；

根據(jù)公式計算果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅的尺度參數(shù)判別式平移參數(shù)判別式頻率參數(shù)判別式相位參數(shù)判別式

將果蠅種群X中第i個果蠅和果蠅種群Y中第i個果蠅的尺度參數(shù)判別式平移參數(shù)判別式頻率參數(shù)判別式相位參數(shù)判別式代入并與第k-1次迭代所得殘差內(nèi)積運算，此時smell_i作為蜜源的味道濃度值并保存在蜜源位置味道濃度集合中；

步驟2025、獲取果蠅的位置和味道濃度：在蜜源位置味道濃度集合中獲取時頻參數(shù)范圍內(nèi)最大味道濃度smell_best和果蠅的位置bestindex，群體中的其他果蠅朝著味道濃度最高的蜜源飛去；

當此時的smell_i優(yōu)于上一次的smell_i-1時，跳脫參數(shù)c清零，執(zhí)行步驟2026；

當此時的smell_i不優(yōu)于上一次的smell_i-1時，跳脫參數(shù)c進行累計，并判斷跳脫參數(shù)c是否大于跳脫參數(shù)閾值p，當跳脫參數(shù)c小于跳脫參數(shù)閾值p時，執(zhí)行步驟2026；當跳脫參數(shù)c不小于跳脫參數(shù)閾值p時，對當前數(shù)目果蠅混沌映射，并根據(jù)公式和對步驟2023中果蠅種群X的初始位置和果蠅種群Y的初始位置進行混沌映射，獲取果蠅種群X的初始更新位置和果蠅種群Y的初始更新位置將果蠅種群X的初始更新位置和果蠅種群Y的初始更新位置視為果蠅種群X的初始位置和果蠅種群Y的初始位置，執(zhí)行步驟2026；

其中，跳脫參數(shù)c為非負整數(shù)，跳脫參數(shù)閾值p的取值范圍為50～80；

步驟2026、多次循環(huán)2023至步驟2025，直至果蠅種群體的最大迭代次數(shù)maxgen迭代完畢或時頻參數(shù)范圍內(nèi)最大味道濃度smell_best不變，獲取最優(yōu)時頻參數(shù)和最佳匹配原子；

步驟203、迭代停止條件判斷：經(jīng)過k次迭代，此時得到重構(gòu)信號f^k(t)和重構(gòu)信號f^k(t)的信噪比SNR_k，再進行第k+1次迭代得到重構(gòu)信號f^k+1(t)和重構(gòu)信號f^k+1(t)的信噪比SNR_k+1，調(diào)用迭代停止條件模塊判斷是否可以停止迭代，若滿足條件則停止迭代，輸出超聲回波信號f(t)去噪信號；若不滿足條件則返回步驟202繼續(xù)分解。