[发明专利]一种基于变分模态分解和最小均方误差自适应滤波器的信号降噪方法

摘要

本发明提出一种基于变分模态分解和最小均方误差自适应滤波器的降噪方法，该方法结合了变分模态分解和最小均方自适应滤波器的优点，通过运用变分模态分解算法，将含噪信号和噪声信号分别分解为K个本征模态分量，然后对每个本征模态分量分别采用最小均方自适应滤波器滤波，最后由K个滤波结果重构降噪后的信号。这种方法不仅具有良好的信噪分离功能，而且能够有效的抑制模态混叠现象；自适应滤波器能够自动地迭代调节滤波器参数，以满足某种准则的需求，从而实现最优滤波，因此具有自我调节和跟踪功能。

主权项

1.一种基于变分模态分解和最小均方误差自适应滤波器的信号降噪方法，其特征在于，包括步骤：(1)以采样频率fs获取待处理的离散的含噪信号s(l)和具有相同统计特性的离散的噪声信号n0(l)，s(l)和n0(l)的数据长度均为L，1≤l≤L；(2)对含噪信号s(l)进行K层变分模态分解，得到K个本征模态分量，记含噪信号的第k个本征模态分量为uk(l)，k＝1，2，…，K；(3)对噪声信号n0(l)进行K层变分模态分解，得到K个本征模态分量，记噪声信号的第k个本征模态分量为vk(l)，k＝1，2，…，K；(4)采用最小均方误差自适应滤波器对步骤(2)和(3)得到的各本征模态分量进行降噪处理，包括步骤：(4‑1)设置迭代次数为m，最大迭代次数为M，迭代步长为μ，第k个权值系数为wk，中间向量vk[m]和uk[m]；初始化：m＝1，k＝1，wk[1]＝0，vk[m]＝vk(l)，uk[m]＝uk(l)；(4‑2)计算输出值yk[m]：yk[m]＝wk[m]Tvk[m]，上标T表示转置；(4‑3)以uk[m]为期望信号，计算滤波后信号与期望信号之间的估计误差ek[m]：ek[m]＝uk[m]‑yk[m]；(4‑4)根据估计误差更新权值：wk[m+1]＝wk[m]+μek[m]vk[m]；(4‑5)计算m＝m+1，判断是否满足m＜M，若满足，则返回步骤(4‑2)；否则，执行步骤(4‑6)；(4‑6)计算k＝k+1，判断是否满足k＞K，若满足，则结束步骤(4)，转入步骤(5)；否则令m＝1，返回步骤(4‑2)；(5)令y_k(l)＝y_k[m]，将降噪后的信号分量y_k(l)进行累加，得到最终降噪后的重构信号：