[发明专利]一种ESR特征信号提取方法及系统

说明书

本发明提供了一种ESR特征信号提取方法及系统，属于信号处理技术领域，方法包括：按照高斯型和洛伦兹型ESR信号特征，通过K‑SVD算法，生成过完备原子字典；利用正交匹配追踪法，从过完备原子字典中选择与采集的参考信号和被测信号最匹配的原子；将最终匹配的原子线性组合重构ESR信号和参考信号；将重构的ESR信号和参考信号进行比对，提取被测信号中ESR信号的有效特征。本发明可以准确高效地提取ESR信号的特征。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更具体地，涉及一种ESR特征信号提取方法及系统。

背景技术

电子自旋共振(Electron Spin Resoance，ESR)也称为电子顺磁共振是研究化合物或矿物中不成对电子状态的重要手段，用于定性或定量检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性(例如：磁交换相互作用、磁各向异性、磁结构等)。电子自旋共振技术是观察自由基等顺磁性物质最直接和灵敏的方法，而且能够精准且无破坏的获取物质在电子或原子核尺度组成和结构上的信息，已经在物理学、半导体物理学、有机化学、辐射化学、化工产业、催化剂化学、生物化学、生物医学等许多领域内得到非常广泛的应用。

目前ESR技术中所运用的高频电磁波源多是功率较低的半导体器件，在实际应用中随着波源频率的提高，其功率也呈现下降趋势，导致获得的ESR信号微弱且易被噪声信号干扰，难以对物质结构进行精确识别。而大功率的高频电磁波源如回旋管，虽然可以有效增强ESR信号强度，更准确反映物质的组成和结构信息，往往其频率的提高也意味着更高的共振磁场强度。为此，常采用脉冲磁体来提供高强度磁场，但高速时变磁场会导致输出功率不稳定，引入更多的噪声信号，使测量信号信噪比低。另外，如果进行ESR技术的逆向应用，通过ESR信号共振磁场和电磁波频率的一一对应关系来测量频率，低信噪比下也会导致无法准确获得共振磁场，从而无法准确测量频率。因此，亟需发展低信噪比下ESR特征信号的提取技术。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种ESR特征信号提取方法及系统，旨在解决现有的ESR提取技术在低信噪比条件下无法有效识别ESR信号的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种ESR特征信号提取方法，包括以下步骤：

(1)按照高斯型和洛伦兹型ESR信号特征，通过K-SVD算法生成过完备原子字典；

(2)利用正交匹配追踪法，从过完备原子字典中分别选择与采集的参考信号和被测信号最匹配的原子；

(3)将最终匹配的原子线性组合重构ESR信号和参考信号；

(4)将重构的ESR信号和重构的参考信号进行比对，提取被测信号中ESR的有效特征。

进一步优选地，所述被测信号为降噪后的被测信号；

对被测信号采用最小熵卷积(Minimum Entropy Deconvolution，MED)降噪方法，具体为：

将采集器获取的原始被测信号复制n份，每一份加入幅值不同的随机噪声信号进行合成；

将合成后的信号进行最小熵解卷积运算，获取降噪后的被测信号；其中，随机噪声信号的幅值小于被测信号的幅值；n为大于等于3的整数。

进一步优选地，原子的表达式为：

其中，x为时间；f(x)为ESR信号幅值；E、F是与样品自旋时间相关的参数。进一步优选地，选择最匹配原子的计算表达式为：

|y’,x₀’|＝sup|y’,x_j’|