[发明专利]光相位振动的小波消噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，具体地，涉及一种光相位振动的小波消噪方法。

背景技术

光纤传感技术随着光纤通信技术和光信号处理技术的发展迅速发展成为工程应用领域炙手可热的技术，由于其光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。广泛应用于建筑物形变、温度监控、机场周界、油气管道泄漏监测等领域。根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光波的调制分为光强度调制、光频率调制、光波长调制、光相位调制和偏振调制等五种类型。

诸多光调制方法中，相位调制相对于其他调制方法最明显的特点是：利用光相位调制来实现一些物理量的测量可以获得极高的灵敏度。因此，目前普遍使用的是相位调制型光纤传感。

由于传感光纤常常分布于复杂的自然环境之下，（如挂网，埋地）面临风吹、雨淋、飞雪、冰冻等环境的影响，产生环境背景噪声，给光纤传感的灵敏度和精确度带来了极大的影响。

通常信号去噪是利用噪声和信号在频域上分布不同的原理来进行的。现有的基于傅氏变换的信号去噪方法中，使得信号和噪声的频带重叠部分尽可能小，这样在频域通过滤波，就将信号和噪声区分开。滤波器去噪是实际应用最广泛的一种方法，但时常在滤除噪声的同时导致了有用信号的失真，它是从纯频域的角度来分析应该消除哪些频率范围内的噪声。而且如果信号与噪声频带重叠区域很大时，就无法实现去噪的效果了。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种光相位振动的小波消噪方法，以实现精确去噪、自适应强的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种光相位振动的小波消噪方法，包括以下步骤：

a、对数据作小波分解变化：其具体公式如下：

                                                                     

其中表示含躁信号，可表示为数据向量，，…，是真实信号向量，，…，是高斯随机向量，，…，其中小波分解变换是线性变换，表示小波系数，为噪声水平；

b、在小波频域，有效信号所产生的小波系数其模值较大；而噪声经过小波变换有白化趋势（高斯白噪声经过小波变换，在小波频域仍然表现为很强的随机性，认为是高斯分布），其小波频域对应系数模值很小，而且有用信号通常表现为低频信号或是一些比较平稳的信号，而噪声信号则通常表现为高频信号，所以我们可以先对含噪信号进行小波分解（如进行三层分解）：

 

y为噪音信号，其中为分解的近似部分，为分解的细节部分，,则噪声部分通常包含在，，中，用门限阈值对小波系数进行处理（小于门限值的系数置零），最后重构信号即可达到消噪的目的；

选择阀值公式对上述小波系数作门限阈值处理, 

门限阈值处理可以表示为，n代表信号长度，当n趋于无穷大时使用阈值公式对小波系数作阈值处理可以去除噪声；其中是阈值函数，可取硬阈值函数和软阈值函数；

c、对上述处理过的小波系数作逆变换重构信号：即可得到消除消噪后的信号；其公式如下：

                       

 其中d是分解系数向量，即d=（D1,D2,…Dn）。                   

进一步的，所述硬阀值属于固定阀值，硬阈值函数表达式如下：

其中t表示时间，单位为s。

进一步的，所述软阀值属于变量阀值，软阈值函数表达式如下：

其中t表示时间，单位为s。

进一步的， 上述阀值公式如下：

。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，相比于传统的傅里叶变换，是一种窗口大小（即窗口面积）固定但其形状可改变，时间窗和频率窗都可改变的时频局部化分析方法，它在低频部分具有较宽的时间窗和较高的频率分辨率，在高频部分具有较宽的频率窗和较高的时间分辨率。使小波变换具有对信号的自适应性。从而达到精确去噪、自适应强的目的。使的光纤在复杂的电磁环境下可以准备的传输。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的光相位振动的小波消噪方法的流程图；

具体实施方式