為了抑制陀螺儀的非線性、非平穩(wěn)噪聲,提出了一種改進(jìn)的基于集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）的降噪方法EEMD-M。首先,通過EEMD閾值濾波得到信息主導(dǎo)和噪聲主導(dǎo)的固有模態(tài)函數(shù)（IMF）分量;將EEMD應(yīng)用于第一次閾值濾波中被丟棄的IMF分量,提取信號(hào)的細(xì)節(jié)信息;采用去趨勢(shì)波動(dòng)分析（DFA）法定義每一個(gè)IMF分量的尺度指數(shù),實(shí)現(xiàn)二次分解中有用分量的進(jìn)一步提取;將兩次濾波得到的有用IMF分量進(jìn)行重構(gòu),得到降噪后的信號(hào)。為了驗(yàn)證EEMD-M的有效性,進(jìn)行了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的降噪實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明所提EEMD-M優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）降噪、DFA-EMD降噪、EEMD降噪和小波分析方法。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均方誤差降低了82.9%,隨機(jī)漂移得到明顯抑制,這驗(yàn)證了EEMD-M的可行性和優(yōu)越性,提高了微機(jī)電系統(tǒng)陀螺在光學(xué)圖像處理中的穩(wěn)定性和可靠性。 

【文章來源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020,57(15)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

信噪比為5dB的Blocks信號(hào)經(jīng)EEMD后的結(jié)果。（a）含噪信號(hào)；（b)IMF分量；（c）殘余分量和部分IMF分量

對(duì)于傳統(tǒng)的基于EMD或EEMD的降噪方法，第一個(gè)高頻IMF分量含有最少的原始信號(hào)的信息，因此在降噪處理時(shí)，高頻分量通常被舍棄。盡管眾多學(xué)者已研究出很多方法來尋找IMF各分量有用信號(hào)和噪聲信號(hào)的臨界點(diǎn)位置，但一旦某IMF分量被認(rèn)定為噪聲主導(dǎo)的分量，通常會(huì)被舍棄。在充分利用EEMD優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，考慮到被丟棄的IMF分量中可能包含原信號(hào)的有用信息，如直接將噪聲主導(dǎo)的IMF分量丟棄，其中包含的有用成分也將被丟棄，進(jìn)而影響降噪效果。本文提出的EEMD-M通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步分解，提取尚存的有用信息，引入DFA方法，再次篩選重構(gòu)信號(hào)，以提高降噪效果。圖2是EEMD-M的原理框圖。由圖2可知，優(yōu)化的EEMD-M首先對(duì)原始含噪信號(hào)y(n）進(jìn)行EEMD，得到第一次分解的IMF分量，記為u1i(n）。再利用相關(guān)系數(shù)原理對(duì)其進(jìn)行閾值濾波。相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法如下：

由圖3可知，前3階IMF分量的相關(guān)系數(shù)呈遞減趨勢(shì)，第4階相關(guān)系數(shù)陡然增大。因此認(rèn)為前3階分量是噪聲占主導(dǎo)的高頻分量，這與EEMD的原理相吻合。EEMD-M引入DFA理論，將被丟棄的成分進(jìn)行二次分解。通過DFA理論計(jì)算第二次分解所得各個(gè)分量的尺度值，以此進(jìn)一步篩選出有用信息。用（8）、（9）式確定第二次分解中噪聲分量和有用分量的臨界IMF分量序數(shù)值kλ*，進(jìn)而得到二次濾波后的有用分量：有用IMF分量u2i(n）和殘余分量rM2(n），用（10）、（11）式重構(gòu)第一次濾波和第二次濾波所得到的有用分量，得到降噪后的信號(hào)y′（n）。本文將EEMD-M與小波軟閾值降噪、基于CMSE理論的EMD降噪[11]、DFA-EMD降噪[17]和EEMD降噪進(jìn)行對(duì)比。為評(píng)價(jià)本文提出的EEMD-M，表1列出了Blocks測(cè)試信號(hào)下，EEMD-M與其他4種算法的仿真結(jié)果。輸入信噪比范圍為1～15dB。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光纖入侵信號(hào)的特征提取與識(shí)別算法[J]. 曲洪權(quán),宮殿君,張常年,王彥平.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2019(13)
[2]基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中干涉條紋的抑制[J]. 郭心騫,邱選兵,季文海,邵李剛,劉淑平,李傳亮,馬維光.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(11)
[3]基于交替三線性分解的芳烴類化合物熒光光譜[J]. 王玉田,劉凌妃,王書濤,張正帥.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(09)
[4]Rayleigh-Raman-Mie激光雷達(dá)探測(cè)南京北郊對(duì)流層氣溶膠光學(xué)特性[J]. 虞歷堯,曹念文,沈吉.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(11)
[5]Research on fiber optic gyro signal de-noising based on wavelet packet soft-threshold[J]. Qian Huaming & Ma Jichen Coll.of Automation,Harbin Engineering Univ.,Harbin 150001,P.R.China.  Journal of Systems Engineering and Electronics. 2009(03)



本文編號(hào)：3536454