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申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2024-12-24

公开（公告）日：2025-01-24

公开（公告）号：CN119357703A

专利技术分类：..匹配标准，例如相邻性测量[2023.01]

专利摘要：本发明公开了一种基于修剪中值滤波的矢量传感器脉冲干扰检测与抑制方法，设计了一种比较模板，通过在脉冲干扰附近的搜索区域内滑动比较模板，计算比较模板与当前滑动区域内信号的相关程度，挑选与脉冲干扰附近最相似部分的小波系数作为脉冲干扰的替换小波系数。本发明方法利用离散小波变换，在多个尺度对信号进行分解，保证了计算效率，并且基于修剪中值滤波优化了脉冲干扰检测的阈值函数，降低强脉冲对阈值选取的影响，提高了对弱脉冲检测率。

专利权项：1.一种基于修剪中值滤波的矢量传感器脉冲干扰检测与抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：脉冲干扰检测；步骤1-1：离散小波变换；设一维连续时间信号为,是实数集上平方可积函数构成的函数空间，即： ；式中，表示连续时间变量，对应的连续小波变换公式为： ；式中，由母小波经过伸缩平移得到，称为小波序列；，为尺度因子，为平移因子；是的复共轭；将连续小波的尺度因子和平移因子沿二进制序列，进行离散化采样得到离散小波变换： ；其中，表示分解尺度，表示离散时间点，表示尺度因子和平移因子离散化采样后的小波序列；Mallat算法由式（4）给出： ；式中，和分别为低通滤波器和高通滤波器的响应，表示小波分解的总尺度数，表示滤波器的索引，为滤波器的长度，和分别代表第尺度下离散小波分解的近似系数和细节系数；和分别代表第尺度下离散小波分解的近似系数和细节系数；步骤1-2：修剪中值滤波；设定一个阈值函数用于检测脉冲干扰，该阈值函数与小波系数绝对值的平滑包络成比例，但同时不受脉冲干扰的影响；该阈值函数定义为： ；式中，为不受脉冲干扰影响的信号平滑包络，是一个根据经验设置的可调因子；如果某个位置小波系数绝对值大于设定的阈值，则判定此位置处为脉冲干扰，得到所有脉冲干扰的位置索引，记为： ；基于修剪中值滤波的阈值函数为： ；式中是一个可调因子；表示对小波系数绝对值执行中值滤波，为单个脉冲干扰的样本点数；对DWT分解后各个尺度的小波系数利用修剪中值滤波计算的阈值函数实现脉冲干扰检测，得到各个分解尺度的检测结果，表示检测到脉冲干扰，表示未检测到脉冲干扰；步骤1-3：多尺度联合确定脉冲干扰；对检测到的脉冲干扰索引做差分运算： ；其中，为差分运算后的结果，相邻的和的索引记为第尺度的第个脉冲干扰的起始点和终点；如果第尺度小波系数的长度记为，那么第尺度小波系数的长度记为；将各尺度的小波系数如式（9）进行线性插值使得所有尺度小波系数长度与尺度的小波系数的长度相同；各尺度插值后的检测结果记为：，起始点和终点索引记为：，； ；合并所有尺度的检测结果，进行投票统计，记为，则： ；设定阈值，若投票结果，则判定离散时间点有脉冲干扰发生；设定表示至少有一半的尺度数检测到此处存在脉冲则为有效脉冲干扰，最终各尺度综合判定的检测结果为： ；综合判定结果中脉冲干扰的起始和终点索引为：，；将综合判决结果进行降采样，使得各尺度小波系数长度与初始各尺度小波系数的长度相同；更新后各尺度的检测结果记为，与各尺度综合判定的检测结果之间的关系为： ；脉冲的起始点和终点索引分别记为：和；步骤2：脉冲干扰抑制；步骤2-1：脉冲干扰小波系数处理；在原始信号小波系数中减去脉冲干扰处的小波系数，得到不含脉冲干扰成分的小波系数，即： ；计算去除脉冲干扰的信号包络，记为： ；其中： ；同理计算脉冲干扰的信号包络，记为；对脉冲干扰及脉冲干扰附近的小波系数作以下处理，得到脉冲干扰区域小波系数的处理模板： ；将处理模板与原始信号小波系数相乘，达到脉冲干扰处小波系数置零，脉冲干扰附近的小波系数按比例重置： ；步骤2-2：脉冲干扰系数的替换；下面脉冲干扰的起始点和终点不再区分具体分解尺度，符号中删去，记第尺度第个脉冲干扰的起始点为，终点为；（a）设计一个当前脉冲干扰的比较模板，比较模板的起始范围与处理模板的长度相同，均为；表示脉冲干扰起始点和终点向两侧延伸的距离，用于规定比较模板与处理模板的范围；（b）划定一个搜索区域，搜索区域的起始范围为，且处理模板在搜索区域内滑动，与当前的小波系数做乘积后计算该区域内的能量；表示脉冲干扰起始点和终点向两侧延伸的距离，用于规定搜索区域的范围；通过（a）和（b），得到比较模板计算的当前脉冲干扰区域内的能量值，记为，为常数；使用处理模板在搜索区域内滑动并计算当前模板内能量值，记为；比较和相似程度，相似度计算公式为： （18）；其中： （19）； （20）； （21）；式中为当前搜索窗口的能量；为比较模板的能量，对于第个脉冲干扰为常数；是滑动窗口的第个点，是脉冲所在比较模板的第个点，是比较模板的样本点数；完成上述相似度计算后，得到相似度最大搜索窗口起始的索引，那么脉冲干扰需替换的起始位置索引和为： （22）；其中，表示最佳搜索窗口的起始点；在替换部分两侧延长了个样本点且，则替换部分新的区域为： （23）；针对式（16）中的处理模板，寻找最小值，记第一个点的索引为，最后一个点的索引为，那么此时的替换平滑模板为： （24）；式中 （25）；最终脉冲干扰抑制后的各尺度小波系数为： （26）。

百度查询： 西北工业大学 基于修剪中值滤波的矢量传感器脉冲干扰检测与抑制方法