[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于影響力值的近紅外光譜降噪方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110466490.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113189041B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙順毅;薛為;姚建國(guó);俞水明;沈俊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/359
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/359
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊慧林

1.一種基于影響力值的近紅外光譜降噪方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：利用近紅外光譜儀采集待測(cè)物表面的近紅外光譜；

步驟二：對(duì)所述近紅外光譜進(jìn)行主成分分析降維處理；

步驟三：根據(jù)降維處理后的近紅外光譜，建立狀態(tài)空間模型，所述狀態(tài)空間模型為：

x_n＝A_nx_n-1+B_nw_n,

y_n＝C_nx_n+D_nv_n,

其中w_n和v_n都是噪聲，y_n是觀測(cè)值，x_n是狀態(tài)值，A_n,B_n,C_n,和D_n都是系統(tǒng)矩陣，n為時(shí)刻，A_n為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，B_n為過(guò)程噪聲模型，C_n為觀測(cè)矩陣，D_n為觀測(cè)噪聲模型，w_n為過(guò)程噪聲，v_n為觀測(cè)噪聲；

步驟四：根據(jù)所述狀態(tài)空間模型利用Kalman濾波器進(jìn)行處理，得到Kalman估計(jì)值與Kalman增益；

步驟五：根據(jù)所述狀態(tài)空間模型進(jìn)行擴(kuò)展得到擴(kuò)展模型，根據(jù)擴(kuò)展模型利用無(wú)偏濾波器濾波處理，得到無(wú)偏濾波估計(jì)值與無(wú)偏濾波增益，所述擴(kuò)展模型為：

X_n,m＝A_n,mx_m+B_n,mW_n,m,

Y_n,m＝C_n,mx_m+G_n,mW_n,m+D_n,mV_n,m,

其中各擴(kuò)展矩陣如下所示：

D_n,m＝diag(D_n,D_n1,…,D_m)

其中：I為單位矩陣，r代表的視野終止時(shí)刻，h代表的視野起始時(shí)刻，g是表示當(dāng)前時(shí)刻，T是矩陣做轉(zhuǎn)置變換，n代表擴(kuò)展方程終止時(shí)刻，m代表擴(kuò)展方程起始時(shí)刻；

得出無(wú)偏濾波估計(jì)值與無(wú)偏濾波增益過(guò)程為：

其中，為無(wú)偏狀態(tài)先驗(yàn)值，J_l為中間變量，沒(méi)有實(shí)際意義，為無(wú)偏估計(jì)增益，為無(wú)偏估計(jì)值，y_l為觀測(cè)值，C_l為觀測(cè)矩陣，A_l為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；

從l＝s開(kāi)始迭代至l＝n得到n時(shí)刻估計(jì)值和s＝m+k-1，k為狀態(tài)維數(shù)，s時(shí)刻初值設(shè)置為：

其中，L_m,sU_m,s為控制輸入相關(guān)，近紅外光譜由模型知無(wú)控制輸入，所以此處為L(zhǎng)_m,sU_m,s＝0，為迭代初值；

迭代過(guò)程中，當(dāng)l＝n時(shí)可以得到n時(shí)刻的無(wú)偏濾波估計(jì)值和無(wú)偏濾波增益

步驟六：根據(jù)所述Kalman估計(jì)值、Kalman增益、無(wú)偏濾波估計(jì)值與無(wú)偏濾波增益建立損失函數(shù)，根據(jù)損失函數(shù)計(jì)算影響力值，基于Kalman濾波器、無(wú)偏濾波器進(jìn)行不同時(shí)刻的影響力值累計(jì)，得到影響力融合濾波器估計(jì)值，所述損失函數(shù)為：

其中

所述影響力值為：

其中：

其中代表函數(shù)在方向上的二階偏導(dǎo)數(shù)，影響力值表示n時(shí)刻時(shí)，濾波器受到干擾時(shí)，估計(jì)值偏離最優(yōu)估計(jì)值的程度，公式(17)、(18)和(20)等號(hào)左邊三個(gè)符號(hào)沒(méi)有實(shí)際意義，只是中間變量，由于公式太長(zhǎng)所以用字母代替表示，L為影響力值，T'為時(shí)間窗口長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)人為設(shè)置，一般與時(shí)間n相等；

進(jìn)行不同時(shí)刻的影響力值累計(jì)過(guò)程為：選取n-b，n-b+1，……，n時(shí)刻的影響力值進(jìn)行累計(jì)，得到

其中，為Kalman濾波器b個(gè)時(shí)刻累計(jì)值，為無(wú)偏濾波器b個(gè)時(shí)刻累計(jì)值，b為影響力時(shí)間長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，與觀測(cè)維度相等，||表示絕對(duì)值或取模運(yùn)算；…表示通式，針對(duì)Kalman時(shí)轉(zhuǎn)換為三角，針對(duì)無(wú)偏時(shí)轉(zhuǎn)換為—；

步驟七：根據(jù)影響力融合濾波器估計(jì)值獲得降噪后的近紅外光譜，所述影響力融合濾波器估計(jì)值為：

Ξ_n＝(1-a)Ξ_n-1+aΩ_n, (23)

其中

其中“⊙”表示兩個(gè)矩陣點(diǎn)乘，即矩陣對(duì)應(yīng)位置元素相乘，a是時(shí)間權(quán)值，“/”符號(hào)表示點(diǎn)除，即矩陣對(duì)應(yīng)位置元素相除，為融合狀態(tài)估計(jì)值，Ξ_n為融合權(quán)值，是無(wú)偏估計(jì)值，是Kalman估計(jì)值，Ω_n為影響力權(quán)重。