[发明专利]一种多层自适应形态滤波重力信号噪声抑制方法

摘要

本发明公开了一种多层自适应形态滤波重力信号噪声抑制方法，在采集相关数据信息后，首先对原始重力信号进行多层分解，然后计算每一层分量与参考噪声的相关度值，根据相关度值确定各层分量进行自适应形态滤波的滤波权值，最后完成各层分量的自适应形态滤波，并使用每层分量的滤波结果完成重力信号的重构。本发明提出的重力信号噪声抑制处理方法克服了传统滤波方法中滤波参数不能自适应调整的问题；本发明能够保留有效的重力信号，实现高精度的重力信号提取。

主权项

一种多层自适应形态滤波重力信号噪声抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)利用海洋或航空重力仪按照有效测线进行测量，得到t时刻的原始重力信号序列g(t)＝[g(1) g(2) … g(N)]，N为序列长度；同时，在重力仪稳定平台上安装一个高精度加速度计，测量垂直方向的干扰和噪声，得到长度为N的噪声参考信号序列n(t)；(2)初始化表示重复次数的参数k为1，k的取值范围为1至K，K为3～10中任意值；(3)构造一对长度为N，幅值相同、相位角相差180°的高斯白噪声序列x^(k)(t)和‑x^(k)(t)，然后将x^(k)(t)和‑x^(k)(t)分别与g(t)相叠加得到两个新信号序列和即其中，高斯白噪声序列x^(k)(t)和‑x^(k)(t)的幅值选择0.2～0.5倍原始重力信号序列g(t)的标准偏差；(4)对新信号序列和分别进行多层分解，得到两组分解结果，每组结果集合分别记为和其中$F_1^{\left(k\right)}\left(t\right)=\{f_{11}^{\left(k\right)}\left(t\right),f_{12}^{\left(k\right)}\left(t\right),...,f_{1m}^{\left(k\right)}\left(t\right)\},$$F_2^{\left(k\right)}\left(t\right)=\{f_{21}^{\left(k\right)}\left(t\right),f_{22}^{\left(k\right)}\left(t\right),...,f_{2m}^{\left(k\right)}\left(t\right)\},$m为分解层数；(5)k加1，若k小于或等于K，则返回步骤(3)，否则进入步骤(6)；(6)计算集合和中对应分量的平均值，得到新的集合G(t)＝{g₁(t) g₂(t) … g_m(t)}，其中：$g_i\left(t\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(f_{1i}^{\left(k\right)}\left(t\right)+f_{2i}^{\left(k\right)}\left(t\right))}{2K},i=\mathrm{1,2},...,m;$(7)计算步骤(6)中得到的各层分量g_i(t)与步骤(1)中得到的噪声参考信号序列n(t)的相关度值，第i层分量的相关度计算公式如下：${\mathrm{\ρ}}_i=\frac{g_i\left(t\right)n^T\left(t\right)}{{\left|\right|g_i\left(t\right)\left|\right|}_2^2{\left|\right|n\left(t\right)\left|\right|}_2^2},$其中||g_i(t)||₂表示序列g_i(t)的2‑范数，||n(t)||₂表示序列n(t)的2‑范数；(8)根据步骤(7)的相关度值计算对步骤(6)中得到的各层分量g_i(t)进一步处理的滤波权值R_i，滤波权值按公式如下计算：$R_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_i};$(9)将R_i作为自适应形态滤波处理的滤波权值，对步骤(6)中得到的各层分量g_i(t)进行自适应形态滤波处理，得到各层的滤波输出序列(10)用步骤(9)得到的各层的滤波输出序列进行重力信号序列重构，可以得到消除测量噪声后的有效重力信号序列即：$\hat{g}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{g}}_i\left(t\right).$