1.一种基于非局部相似性的一维信号去噪增强方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:对观测信号f进行去噪处理,得到一次去噪信号设f=[f(1),f(2),…,f(k),…,f(N)]其中,f(k)=s(k)+v(k) k=0,1,2,…,N-1f(k)为观测信号,s(k)为原始信号,v(k)表示噪声信号,k表示时间,1≤k≤N,N表示信号长度;
步骤2:对步骤1得到的一次去噪信号进行片段划分,按照非局部相似性计算信号片段的二次去噪结果,具体为:步骤2.1:确定信号片段的划分规则
将步骤1获得的一次去噪信号 记为Y,即Y=[y1,y2,…,yk,…,yN]′,其中,N表示信号长度,k表示第k时刻,k∈[1,N],信号片段定义为:xi=[yi,yi+1,…,yi+L-1]′,i∈[1,2,3,…,N-L+1],其中,L表示信号片段的长度;
B重叠片段划分公式如下:
其中,B表示信号片段划分重叠数据个数,xi表示第i个信号片段,yi表示一次去噪信号中的第i个时刻的数据,N表示信号长度,L表示信号片段的长度,Nl=ceil((N-B)/(L-B))表示最后一个信号片段的索引,ceil(·)为向上取整函数;
步骤2.2:确定信号片段的非局部相似性定义在信号Y中,若存在信号片段xi与xj,其中i≠j,对于给定误差上界ε,满足Dis(xi,xj,param)≤ε:则定义xj为xi的非局部相似片段;
α表示信号片段之间可能存在的倍数关系,β表示信号之间可能存在的常数偏差c组成的列向量,即β=[c,c,…,c]′,c由xj均值与xi均值之差估计,ε表示允许误差,L表示信号片段的长度,i、j表示不同的相似片段编号,||·||p表示p范数,param表示距离模型选择参数;
步骤2.3:计算待去噪信号片段与相似片段集合元素之间的误差向量采用步骤2.2计算xi的非局部相似片段集合,并按列组成矩阵Xi,则待去噪信号片段xi与其第j个相似片段 的差值 表达式为:其中,xi表示第i个信号片段, 表示xi的第j个相似片段,即Xi中的第j列,param表示距离模型选择参数;
步骤2.4:计算权值矩阵
根据信号片段间误差确定各相似片段的权值 具体为:其中,1≤j≤Ji, 表示由步骤2.3确定的待去噪信号片段xi与其第j个非局部相似片段 的差值,param2表示权值确定参数;
步骤2.5:计算并记录信号片段的二次去噪结果待去噪信号片段为xi,xi的相似片段集合按列组成的矩阵为 其中Ji表示相似片段的数量;
采用对矩阵Xi各列加权平均的方式实现原始信号的滤波去噪,具体表示如下:式中, 表示信号片段xi的去噪值; 表示各信号片段的权值;
步骤3:基于步骤2得到的信号片段的二次去噪结果,对其进行融合归一化处理,得到观测信号f的去噪增强结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于非局部相似性的一维信号去噪增强方法,其特征在于,所述信号片段的划分应该满足:mod(N-B,L-B)=0,以保证信号片段长度相同,其中mod(·)表示取余数;如果信号Y不满足该条件,则对Y后面补上一定个数的0,进而满足mod(N-B,L-B)=0条件,当B=0即可实现无重叠片段划分。
3.根据权利要求1所述的一种基于非局部相似性的一维信号去噪增强方法,其特征在于,所述步骤3具体为:步骤3.1
B重叠片段划分的信号片段xi排列为的矩阵形式Z=[x1,x2,…,xNl],根据步骤2.5计算的每个片段的非局部去噪值 可以得到Z的非局部去噪值步骤3.2:对矩阵 中列向量进行对齐
令zi=0N×1,其中i=1,2,…,Nl;将zi中((i-1)*(L-B))至(i*L-(i-1)*B)之间的元素赋值为 即 如此操作得到新的矩阵
步骤3.3:对 中的列进行累加得到
则 其中
表示 的第i列,N表示信号长度;
步骤3.4:计算归一化权值矩阵Ω
归一化权值矩阵Ω中的第k个元素是由Y中第k个元素y(k)在Z中的个数Num(k)所决定:Ω(k)=1/Num(k)
步骤3.5:计算观测信号f的初步去噪结果原信号的初步去噪结果:
其中, 表示观测信号f的增强去噪结果,<·>表示计算向量内积;
步骤3.6:计算原信号迭代多次的增强去噪结果设置迭代去噪次数itermax,初始化循环变量iter=1,令 重复步骤2.1至步骤
3.5,每重复执行一次,设置iter=iter+1,直至iter=itermax,得到观测信号f的最终去噪增强结果