[发明专利]一种基于双曲线阈值去噪的峰值提取方法

说明书

本发明公开了一种基于双曲线阈值去噪的峰值提取方法，包括以下步骤：S1、对信号进行预处理，得到频谱序列Y，并以频谱序列Y为纵坐标，频谱序列Y的频率取值B为横坐标绘制出信号有效波段的频谱图；S2、对频谱序列Y进行双曲线阈值去噪处理，得到去噪后的频谱图；S3、对频谱图的有效峰值进行提取。本发明在进行双曲线阈值去噪的基础上通过采用波峰宽度阈值和高度均值及其条件权值来进行峰值提取，使自适应能力、精确度和分辨率都得到提高。只要求得有效峰值频率，就能计算出绝对距离，通过双曲线阈值去噪和峰值提取的方法可以将肉眼分辨不出来的有效峰值提取出来，从而扩大分光干涉仪的测距范围。

技术领域

本发明涉及激光测距的技术领域，尤其涉及到一种基于双曲线阈值去噪的峰值提取方法。

背景技术

分光干涉仪利用衍射光栅的分光作用来将不同的波长分离出来，从而进行光谱检测。分光干涉仪的应用非常广泛，几乎在人们的生活和科学的方方面面都有涉及，尤其在测距方面应用广泛。在采用分光干涉仪测距时，探测仪对入射光进行光谱分析，只要对得到的频谱图的有效峰值进行提取，就能达到精确测距的目的。由于探测仪得到的光强与时间的关系图中的条纹数超过了分光干涉仪的分辨率，导致有效峰值提取不出来，进而限制了最大可测量范围。因此，为了扩大分光干涉仪的测量距离，有人采用提取峰值的方法，而有的人采用去噪的方法。

在实际应用中，常用的去噪方法有移动平均法、傅里叶变换法、卡尔曼滤波法、EMD法和小波去噪法。其中，移动平均方法实现简单，但它容易丢失数据。傅里叶变换法和卡尔曼滤波法主要用于处理线性信号，对于非线性信号效果并不理想，而且卡尔曼滤波法需要先验信息。然而EMD法和小波去噪不仅适用于非线性信号，也不需要任何先验信息，解决了傅里叶变换法和卡尔曼滤波法存在的这些问题。但是EMD法去噪能力太强以至于很多波峰都被滤除掉了，降低了峰值提取的准确性。小波去噪主要有硬阈值去噪和软阈值去噪这两种方法，硬阈值去噪能够很好地保留原始特征，但是去噪后曲线不够平滑，而软阈值去噪后的曲线过于平滑而偏离原始数据。

为此，针对分光干涉仪，急需一种有效的峰值提取方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双曲线阈值去噪的峰值提取方法。双曲线阈值去噪能把无用的干扰信号滤除掉，使得模糊的有效峰值变得清晰可辨，通过采用波峰宽度阈值和高度均值及其条件权值来进行峰值提取，本发明将双曲线阈值去噪和峰值提取算法结合起来，使得算法的自适应能力、精确度和分辨率都提高了。只要求得有效峰值频率，就能计算出绝对距离，通过双曲线阈值去噪和峰值提取的方法可以将肉眼分辨不出来的有效峰值提取出来，提高信噪比，从而扩大了分光干涉仪的测距范围。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种基于双曲线阈值去噪的峰值提取方法，总的峰值提取方法主要包括双曲线阈值去噪和峰值提取，具体的流程有：通过模拟数字转换器ADC将连续信号(原始信号)转换成离散信号，再对其进行快速傅里叶变换得到频谱图。随着测量距离的增大，有效峰值变得越来越模糊，当超过一定范围时，峰值就很难被直接提取出来，这严重限制了分光干涉仪的分辨率。为了解决这个问题，需要对频谱图进行小波去噪，然后对频谱图的波峰按照一定条件进行波峰筛选，最后提取出宽度满足一定间距的有效峰值。

主要包括以下步骤：

S1、对信号进行预处理，得到频谱序列Y，并以频谱序列Y为纵坐标，频谱序列Y的频率取值B为横坐标绘制出信号有效波段的频谱图；

S2、对频谱序列Y进行双曲线阈值去噪处理，得到去噪后的频谱图；

S3、对双曲线阈值去噪得到的频谱图的有效峰值进行提取，提高信噪比，从而扩大分光干涉仪的测距范围。

进一步地，所述步骤S1的具体过程如下：