[發明專利]一種基于ICEEMDAN-TFPF的非平穩隨機噪聲壓制方法

在審

• 申請號: 202211022591.3
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115310493A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張文征;韓順利;于怡然;張亭;郝澤宇
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06V10/30
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發明公開了一種基于ICEEMDAN?TFPF的非平穩隨機噪聲壓制方法，屬于非平穩隨機噪聲技術領域。本發明方法利用改進的完備總體經驗模態分解方法對EMD算法進行優化，在進行模態分解前加入特定高斯白噪聲，使分解結果避免模態混疊和端點效應的問題；在進行時頻峰值濾波處理時，選擇適當的時窗長度和調制指數，計算解析信號的偽Wigner Ville分布(PWVD)，消除濾波估計結果的偏差；本發明利用改進的完備總體經驗模態分解方法對輸入信號進行模態分解，分解出噪聲主導的分量和信號主導的分量，再進行時頻峰值濾波處理，根據不同分量采用不同的時窗長度進行濾波處理，能夠有效提升去噪效果。

技術領域

本發明屬于非平穩隨機噪聲技術領域，具體涉及一種基于ICEEMDAN-TFPF的非平穩隨機噪聲壓制方法。

背景技術

在進行原子力顯微鏡成像掃描時，難免會受到各種環境因素的影響，即使微小的震動也會引起原子力探針針尖的跳動，使成像數據出現一系列的非平穩隨機噪聲，在形貌成像圖上呈現毛刺現象，嚴重影響后續數據的處理分析。在原子力顯微鏡實際應用中，要求采集的數據有足夠高的信噪比，除了常用減震臺等硬件措施外，還需要對采集的數據進行去噪處理，原子力顯微鏡掃描數據對去噪方法的要求比較高，既能夠衰減非平穩隨機噪聲，提高數據信號的信噪比，同時保留和增強采集數據中的有效連續信息，也需要同時保留能夠反映被測件特征的突變信息和不連續性信息。

常規去非平穩隨機噪聲的方法在執行去噪處理后，在提高數據分辨率的同時，常常會放大噪聲的影響，并且噪聲的存在也限制數據分辨率的提高。另外，常規衰減噪聲的濾波處理方法會造成微波信號中的不連續性信息被平滑而變得模糊，因此常規方法往往難以達到兼顧去噪和保護有效信號的目的。常用的瞬時頻率估計算法—時頻峰值濾波算法(TFPF)，它基于時頻分析理論來消減非平穩隨機噪聲，將含噪信號編碼為解析信號，含噪信號被調制為解析信號的瞬時頻率，然后取解析信號的時頻分布的峰值估計有效信號，時頻峰值濾波后信號得到增強，隨機噪聲被抑制。

常用的時頻峰值濾波算法，雖然可以進行非平穩隨機噪聲的壓制，但是窗口長度的選擇會帶來信號保真和噪聲壓制兩方面的矛盾：長窗口能夠很好地壓制隨機噪聲，但是有效信號的幅值衰減很大；短窗口能夠很好地保護有效信號的幅值，但是在噪聲壓制方面的力度不夠，在進行實際應用時窗口的選擇很難兼顧去噪和保護有效信號。

常規經驗模態分解方法(EMD)容易出現模態混疊問題、無法有效分解相近的頻率信號以及端點效應無法有效克服等缺點，難以精確重構出原始信號，從而導致了其應用受到了一定限制。

本發明將時頻峰值濾波技術應用于原子力顯微鏡掃描數據處理，根據時頻峰值濾波技術的原理，利用改進的完備總體經驗模態分解方法(ICEEMDAN)對算法進行優化，可以在非平穩隨機噪聲比較復雜的情況下，通過本發明去噪技術有效壓制采集數據中的非平穩隨機噪聲，恢復出有效信息特征。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種基于ICEEMDAN-TFPF(改進的完備自適應經驗模態分解-時頻峰值濾波)的非平穩隨機噪聲壓制方法，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于ICEEMDAN-TFPF的非平穩隨機噪聲壓制方法，包括如下步驟：

步驟1：利用改進的完備自適應經驗模態分解方法對輸入信號進行模態分解，分解出噪聲主導的分量和信號主導的分量；

步驟2：時頻域峰值去噪；

進行時頻峰值濾波處理，根據不同分量采用不同的時窗長度進行濾波處理；

對各分量進行編碼，將數據編碼為解析信號，選擇時窗長度和調制指數，計算解析信號的偽Wigner Ville分布PWVD，消除濾波估計結果的偏差；