[發(fā)明專利]一種基于可學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)階小波變換的信號(hào)稀疏分解與重建系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310253733.5
• 申請(qǐng)日: 2023-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN116484174A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史軍;安思成;劉金龍;孫德華;李菲菲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F18/10
• 分類號(hào): G06F18/10;G06N3/0464;G06N3/084
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種基于可學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)階小波變換的信號(hào)稀疏分解與重建方法，其特征在于：

所述方法具體包括以下步驟：

S1、構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本；針對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景采集訓(xùn)練信號(hào)s(t)作為網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本；

S2、訓(xùn)練可學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)階小波變換深度卷積網(wǎng)絡(luò)；

S3、采集S1訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本中的待稀疏分解與重建的信號(hào)

S4、將S1采集得到的待稀疏分解與重建的信號(hào)輸入S2訓(xùn)練完的可學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)階小波變換深度卷積網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行稀疏分解與重建；

S5、輸出重建信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：

在S2中包括以下步驟：

S21、對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的角度參數(shù)α、分解層數(shù)L以及可學(xué)習(xí)參數(shù)進(jìn)行初始化：

S22、對(duì)S1中網(wǎng)絡(luò)中的可學(xué)習(xí)參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練；

用v代表迭代次數(shù)，從v＝1開始循環(huán)迭代；

S23、對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分解得到所需的分解系數(shù)W＝[c_L,d₁,d₂,…,d_L]：

S24、使用S23中得到的分解系數(shù)來進(jìn)行信號(hào)重建，得到重建信號(hào)

S25、根據(jù)S23中輸出的分解系數(shù)以及S24中輸出的重建信號(hào)，通過目標(biāo)函數(shù)來計(jì)算當(dāng)前的目標(biāo)函數(shù)值，目標(biāo)函數(shù)為

其中，為網(wǎng)絡(luò)中所有的可學(xué)習(xí)參數(shù)；

S26、由目標(biāo)函數(shù)的值，根據(jù)公式(5)對(duì)所有可學(xué)習(xí)參數(shù)進(jìn)行更新；

其中，v為當(dāng)前的迭代次數(shù)，代表第v迭代中的第i個(gè)可學(xué)習(xí)參數(shù)，μ為學(xué)習(xí)率，常用值為0.001，λ為動(dòng)量參數(shù)，常用值為0.9，用于調(diào)整上一次迭代產(chǎn)生的梯度對(duì)當(dāng)前迭代梯度產(chǎn)生的影響，是目標(biāo)函數(shù)對(duì)的梯度值；

S27、判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若達(dá)到則訓(xùn)練完畢，否則返回S23繼續(xù)訓(xùn)練。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于：

在S21中具體包括以下步驟：

S211、根據(jù)輸入樣本的時(shí)頻特點(diǎn)來初始化網(wǎng)絡(luò)的角度參數(shù)α；

S212、根據(jù)訓(xùn)練樣本的長度以及應(yīng)用場(chǎng)景的需求初始化網(wǎng)絡(luò)中的分解層數(shù)L；

S213、對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有的卷積核進(jìn)行初始化，根據(jù)信號(hào)的特征來按照直觀設(shè)定卷積核的初始值，推薦的初始值為常用的小波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的尺度濾波器和小波濾波器，

所述常用的小波有Morlet小波、Mexoican?hat小波以及Daubechies系列小波。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于：

在S23中具體包括以下步驟：

S231、對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行初始化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的輸入使用公式進(jìn)行初始化；

初始化層數(shù)L＝0，用c_0,n,α代表輸入信號(hào)s[n]；

S232、使用公式(1)和公式(2)計(jì)算本層分解得到的尺度系數(shù)和小波系數(shù)；

S233、若分解層數(shù)已達(dá)到要求，則分解結(jié)束得到所有的分解系數(shù)W＝[c_L,d₁,d₂,…,d_L]；

否則，返回S232將本層輸出的尺度系數(shù)作為下一層的輸入。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于：

在S24中具體包括以下步驟：

S241、讀取S233分解系數(shù)W＝[c_L,d₁,d₂,…,d_L]；

S242、使用公式(3)來進(jìn)行重建；

S243、若重建完成，則最終的輸出則為重建信號(hào)

否則，使用當(dāng)前層重建得到的尺度系數(shù)和分解系數(shù)中與其對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)作為下一層的輸入，返回S242繼續(xù)重建。