[發明專利]一種小波去噪方法

在審

• 申請號: 202211201252.1
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115618200A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 羅遠林;宗悅;李得第;鄭波;吳月超;陸炅
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F18/10
• 分類號: G06F18/10;G06F18/241
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明公開了一種小波去噪方法，包括：S1對染噪信號進行小波分解得到各層小波系數和尺度系數；S2分別計算各層小波系數和尺度系數中各系數的峭度；S3將峭度小于預設閾值的系數識別為噪聲對應系數；S4利用3σ準則分別計算各層小波系數和尺度系數中噪聲對應系數的閾值作為該層小波閾值；S5結合小波閾值和卡方能量窗法從各層小波系數和尺度系數中提取脈沖對應系數；S6將各層小波系數和尺度系數中除了脈沖對應系數以外的系數置零得到處理后各層小波系數和尺度系數；S7利用處理后各層小波系數和尺度系數重構得到去噪信號。本發明在快速準確去除白噪聲的同時實現脈沖波形高保真。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，特別涉及一種小波去噪方法。

背景技術

小波閾值去噪是一種有效的高斯白噪聲抑制技術，廣泛應用于在人體聲電信號檢測、電力設備狀態監測等人和物的健康狀態監測領域。閾值計算規則和閾值處理函數是小波閾值去噪面臨的關鍵難題，而且對去噪效果影響甚大。

為此，國內外學者提出了眾多解決方案，常用的閾值計算規則包括通用閾值、無偏風險閾值及極大極小閾值等，但這些閾值普遍存在受系數長度以及脈沖頻次和幅值大小影響的問題。中國專利公開號CN105701456B，公開日2019年10月25日，發明創造的名稱為一種基于小波分析的角加速度計信號自適應去噪方法，該申請案公開了一種基于3σ的小波閾值估計方法。其不足之處是用于估計噪聲標準差σ的系數包括脈沖對應系數和噪聲對應系數，因此得到σ的將顯著大于實際的噪聲標準差，過大的閾值將使部分小幅值脈沖及大幅值脈沖的前后沿被抑制。中國專利公開號CN111723677A，公開日2020年9月29日，發明創造的名稱為一種基于自適應閾值的小波去噪方法，該申請案公開了一種利用卡方能量窗法對系數進行迭代濾波以提取純粹的噪聲對應系數用于估計σ，以解決申請案CN105701456B存在的問題。其不足之處是需要迭代利用卡方能量窗法從系數中識別脈沖對應系數，因此分析計算時間將顯著增長。閾值處理函數主要包括硬閾值和軟閾值，硬閾值會導致去噪信號不連續，軟閾值會引起幅值衰減，效果均不理想。

發明內容

本發明旨在克服現有小波閾值計算規則和閾值處理函數存在的缺點與不足，利用脈沖信號與白噪聲幅值分布統計特性的差異，引入峭度實現從系數中快速識別噪聲對應系數以得到準確的噪聲標準差估計，進而結合卡方能量窗法完成脈沖對應系數的識別和提取，從而提供一種快速準確的小波去噪方法，解決人機物在線監測等領域中閾值自適應計算和快速準確處理的難題，在有效抑制白噪聲的同時保障去噪后脈沖波形的高保真度。

本發明的目的通過下述技術方案實現。

一種小波去噪方法，包括：

步驟S1：對染噪信號進行小波分解得到各層小波系數和尺度系數；

步驟S2：分別計算各層小波系數和尺度系數中各系數的峭度；

步驟S3：將峭度小于預設閾值的系數識別為噪聲對應系數；

步驟S4：利用3σ準則分別計算各層小波系數和尺度系數中噪聲對應系數的閾值作為該層小波閾值a_thr＝3σ，其中σ為各層小波系數和尺度系數中噪聲對應系數的標準差；

步驟S5：結合小波閾值和卡方能量窗法從各層小波系數和尺度系數中提取脈沖對應系數；

步驟S6：將各層小波系數和尺度系數中除了脈沖對應系數以外的系數置零得到處理后各層小波系數和尺度系數；

步驟S7：利用處理后各層小波系數和尺度系數重構得到去噪信號。

進一步地，步驟S2中所述的各系數的峭度的計算公式為：

其中，x_i(i＝1,2,…,N)為以待計算峭度的各系數為中心的系數序列，N為系數序列的長度，N取值應小于脈沖信號半波長度，μ是系數序列的平均值，σ為系數序列的標準差。