[發(fā)明專利]一種用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210731226.3
• 申請(qǐng)日: 2022-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN114970642A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張振海;張文一;張振山
• 申請(qǐng)（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(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明公開的一種用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法，屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法為：模擬出多組純凈的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)，將激光多普勒測(cè)速儀含噪信號(hào)分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集；搭建CNN?LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用訓(xùn)練集和驗(yàn)證集進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練及驗(yàn)證，得到權(quán)重參數(shù)，使用權(quán)重參數(shù)對(duì)模擬測(cè)試集和實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，得到CNN?LSTM降噪結(jié)果；對(duì)所得CNN?LSTM降噪結(jié)果進(jìn)行CEEMD處理，得到各IMF分量；將各IMF分量進(jìn)行分組，對(duì)不同分組信號(hào)使用對(duì)應(yīng)的小波閾值進(jìn)行降噪，將不同分組的降噪結(jié)果相加得到降噪結(jié)果信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)的高效精準(zhǔn)降噪處理，進(jìn)而提高加速度計(jì)測(cè)試的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法，尤其涉及基于CNN-LSTM、CEEMD及小波閾值的用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法，屬于信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光多普勒測(cè)速儀具有無接觸測(cè)量、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量范圍廣、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域中。在加速度計(jì)測(cè)試中，激光多普勒測(cè)速儀通常與光柵合作來測(cè)量加速度計(jì)的速度，結(jié)合加速度計(jì)的輸出信號(hào)可計(jì)算得到加速度計(jì)的參數(shù)特性。

解調(diào)激光多普勒測(cè)速儀輸出的多普勒信號(hào)可得到頻率信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算得到加速度計(jì)的速度和加速度信號(hào)。但是激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)不可避免地被各種來源的噪聲污染，包括合作光柵的微振動(dòng)和沖擊導(dǎo)致的環(huán)境噪聲等，這些噪聲使激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)的解調(diào)變得困難，進(jìn)而降低了加速度計(jì)測(cè)試的精度。

現(xiàn)有的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法主要包括小波變換等傳統(tǒng)方法，降噪精度有限。目前還少見使用深度學(xué)習(xí)對(duì)用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)進(jìn)行降噪的方法，深度學(xué)習(xí)如CNN和LSTM等可以實(shí)現(xiàn)較高精度的降噪。但CNN忽略了時(shí)間信息而LSTM的特征提取能力有限。深度學(xué)習(xí)的降噪能力受限于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)量，且會(huì)將具有信號(hào)特征的噪聲識(shí)別為信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)低頻率段的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪效果不佳。因此開發(fā)一種能夠準(zhǔn)確有效地降低用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)噪聲的方法是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪精度不足的問題，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法，根據(jù)加速度計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)參數(shù)模擬出多組純凈的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)，再模擬出多組噪聲，將激光多普勒測(cè)速儀純凈信號(hào)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(cè)速儀含噪信號(hào)，將激光多普勒測(cè)速儀含噪信號(hào)分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集；搭建CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用訓(xùn)練集和驗(yàn)證集進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練及驗(yàn)證，得到權(quán)重參數(shù)，使用權(quán)重參數(shù)對(duì)模擬測(cè)試集和實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，得到CNN-LSTM降噪結(jié)果；對(duì)所得CNN-LSTM降噪結(jié)果進(jìn)行CEEMD處理，得到各IMF分量；將各IMF分量進(jìn)行分組，對(duì)不同分組信號(hào)使用對(duì)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(cè)速儀信號(hào)的降噪結(jié)果信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)的高效精準(zhǔn)降噪處理，進(jìn)而提高加速度計(jì)測(cè)試的精度。CNN-LSTM相對(duì)于CEEMD加小波閾值能夠更加精準(zhǔn)有效地降低激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)噪聲，但降噪效果受限于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)量，且會(huì)將具有信號(hào)特征的噪聲識(shí)別為信號(hào)。使用相同數(shù)量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，使用CEEMD與小波閾值對(duì)CNN-LSTM降噪結(jié)果進(jìn)行降噪處理，能夠進(jìn)一步降低噪聲提高信噪比，即CNN-LSTM、CEEMD與小波閾值結(jié)合相比于CNN-LSTM單獨(dú)使用能夠有效地降低具有信號(hào)特征的噪聲，實(shí)現(xiàn)高精度降噪。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種用于加速度計(jì)測(cè)試的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)降噪方法，包括如下步驟：

S1，根據(jù)加速度計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)參數(shù)模擬出多組純凈的激光多普勒測(cè)速儀信號(hào)，再模擬出多組噪聲，將激光多普勒測(cè)速儀純凈信號(hào)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(cè)速儀含噪信號(hào)，將激光多普勒測(cè)速儀含噪信號(hào)分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集。