[發(fā)明專利]一種用于加速度計測試的激光多普勒測速儀信號降噪方法

在審

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• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN114970642A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張振海;張文一;張振山
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);北京海泰微納科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.一種用于加速度計測試的激光多普勒測速儀信號降噪方法，其特征在于，包括如下步驟，

S1，根據(jù)加速度計測試數(shù)據(jù)參數(shù)模擬出多組純凈的激光多普勒測速儀信號，再模擬出多組噪聲，將激光多普勒測速儀純凈信號與噪聲以預(yù)定范圍內(nèi)的信噪比進(jìn)行結(jié)合得到激光多普勒測速儀含噪信號，將激光多普勒測速儀含噪信號分為訓(xùn)練集、驗證集和測試集；

S2，搭建CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用訓(xùn)練集和驗證集進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練及驗證，得到權(quán)重參數(shù)，使用權(quán)重參數(shù)對模擬測試集和實測信號進(jìn)行處理，得到CNN-LSTM降噪結(jié)果；

S3，對所得CNN-LSTM降噪結(jié)果進(jìn)行CEEMD處理，得到各IMF分量；

S4，將各IMF分量進(jìn)行分組，對不同分組信號使用對應(yīng)的小波閾值進(jìn)行降噪，將不同分組的降噪結(jié)果相加得到激光多普勒測速儀信號的降噪結(jié)果信號，實現(xiàn)對用于加速度計測試的激光多普勒測速儀信號的高效精準(zhǔn)降噪處理，進(jìn)而提高加速度計測試的精度。

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于加速度計測試的激光多普勒測速儀信號降噪方法，其特征在于，步驟S1實現(xiàn)方法為，

S11，根據(jù)加速度計測試數(shù)據(jù)的速度等參數(shù)選擇起始頻率與終止頻率等參數(shù)的范圍，生成多組隨機(jī)參數(shù)的頻率為S型函數(shù)的掃頻信號作為模擬的純凈激光多普勒測速儀信號，瞬時頻率如表達(dá)式(1)所示：

其中：f_s和f_e分別是起始頻率和終止頻率，a和b是調(diào)整頻率上升的時間和速度；

合成的純凈激光多普勒測速儀信號如表達(dá)式(2)所示：

S12，生成多組高斯白噪聲作為模擬噪聲；

S13，將步驟S11和步驟S12所生成的純凈激光多普勒測速儀信號與噪聲按照預(yù)定范圍內(nèi)的信噪比進(jìn)行結(jié)合得到多組激光多普勒測速儀含噪信號，將激光多普勒測速儀含噪信號按比例分為訓(xùn)練集、驗證集和測試集。

3.如權(quán)利要求2所述的一種用于加速度計測試的激光多普勒測速儀信號降噪方法，其特征在于，步驟S2實現(xiàn)方法為，

S21，使用卷積層、池化層、LSTM層和全連接層搭建CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，CNN的第l層輸出如表達(dá)式(3)所示：

其中：f(.)是激活函數(shù)，m是特征圖的數(shù)量，k是卷積核的數(shù)量，*是矩陣乘法，b是偏置矩陣；

LSTM的公式如表達(dá)式(4)所示：

i_t＝σ(x_tW_ix+h_t-1W_ih+b_i) (4)

f_t＝σ(x_tW_fx+h_t-1W_fh+b_f) (5)

o_t＝σ(x_tW_ox+h_t-1W_oh+b_i) (6)

c_t＝f_t*c_t-1+i_t*g_t (7)

h_t＝o_t*tanh(c_t) (8)

其中：i_t、f_t、o_t、c_t和h_t分別代表輸入門、遺忘門、輸出門、記憶細(xì)胞和隱藏狀態(tài)，W和b分別是對應(yīng)位置的權(quán)重和偏差，x_t是提取的特征向量，g_t是改善記憶細(xì)胞的候選記憶細(xì)胞；

S22，使用步驟S13所得的訓(xùn)練集和驗證集進(jìn)行所搭建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練及驗證，得到權(quán)重參數(shù)；

S23，使用步驟S22所得的權(quán)重參數(shù)對步驟S13所得的測試集和實測信號進(jìn)行處理，得到CNN-LSTM降噪結(jié)果。