[发明专利]分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法有效

专利信息
申请号: 201710852133.5 申请日: 2017-09-19
公开(公告)号: CN107659314B 公开(公告)日: 2021-02-19
发明(设计)人: 吴慧娟;张啸;郑义;张伟;饶云江 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: H03M7/30 分类号: H03M7/30
代理公司: 成都弘毅天承知识产权代理有限公司 51230 代理人: 徐金琼;刘东
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 分布式 光纤 传感 时空 二维 信号 稀疏 表示 压缩 方法
【权利要求书】:

1.分布式光纤传感时空二维信号的稀疏化表示及压缩方法,其特征在于,如下步骤:

步骤1、采集铺设光缆沿线的光纤声音/振动传感信号,构建光纤声音/振动传感时空响应信号,进行去噪处理;

步骤2、基于Shearlet变换对去噪处理后的光纤声音/振动传感时空响应信号进行稀疏化表示和压缩;

所述步骤2的具体步骤如下:

步骤2.1、基于小波包变换选取光纤声音/振动传感时空响应信号中有用信号集中的频段进行第一次信噪分离;

所述步骤2.1的具体如下:

依次取光纤声音/振动传感时空响应信号矩阵XM,N的每一列向量,得到一维时间响应信号X:,n(n=1,2,...N);

基于“db6”小波包对一维时间响应信号X:,n(n=1,2,...N)进行p层小波包分解获得信号在不同频带的能量分布特征;

通过不同频段的小波包系数组合重构信号与原光纤声音/振动传感时空响应信号的对比分析,提取出该光纤声音/振动传感时空响应信号主要集中频段分布在对应的小波包系数中,组合小波包系数重构集中频段内的有用信号分量,即得到第一次信噪分离后得到的光纤声音/振动传感时空响应信号X1

步骤2.2、第一次信噪分离后,由OTSU自适应阈值对小波包系数实现非线性空间的第二次信噪分离;

所述步骤2.2的具体如下:

将光纤声音/振动传感时空响应信号XM,N与第一次信噪分离后得到的光纤声音/振动传感时空响应信号X1的差分记为背景信号B;

先由背景信号B强噪声点位置确定空间噪声位置,将第一次信噪分离后得到的光纤声音/振动传感时空响应信号X1中的对应点置零,实现空间上的信噪分离,具体步骤如下:基于OTSU算法对背景信号B自适应选取阈值,将背景信号B中超过阈值的点标记为强噪声点,记录其位置并将该位置置零,实现光纤声音/振动传感时空响应信号的第二次信噪分离;

步骤2.3、基于两次信噪分离后光纤声音/振动传感时空响应信号的频域稀疏性,利用Shearlet变换实现去噪后光纤声音/振动传感时空响应信号的稀疏化表示和压缩;

所述步骤2.3的具体步骤如下:

步骤2.31、对第二次信噪分离后的光纤声音/振动传感时空响应信号X2进行Shearlet变换;

步骤2.32、Shearlet变换后在Shearlet变换域进行频带选取和系数选取;

步骤3、稀疏化表示和压缩后,对信号进行重构恢复光纤声音/振动传感时空响应信号;

所述步骤3的具体步骤如下:

构建与选取的频带个数相同的全0矩阵,大小分别等于原始Shearlet变换系数矩阵;

将保留的高能量频带的大幅值系数对应位置上填上Shearlet稀疏系数,其他位置为零,构建Shearlet稀疏系数矩阵;

然后对该Shearlet稀疏系数矩阵进行方向局部化的反变换,即对低频带及高频子带系数分别进行二维傅里叶反变换,得到低频带时空重构信号l0'及各高频子带时空重构信号l1'~ln',将l0'~ln'相加即得到解压后恢复的光纤分布式声音/振动时空响应信号。

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