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专利号: 2019109401931
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于原子训练的大地电磁信号噪声压制方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:将待去噪的大地电磁信号进行分段,并对每段大地电磁信号分别进行步进分割构建出每段大地电磁信号对应的训练矩阵;

S2:利用每段大地电磁信号对应的训练矩阵对预设的初始字典分别进行原子训练得到每段大地电磁信号的原子字典;

其中,原子训练的方法为:将所述预设的初始字典作为正交匹配追踪算法中信号稀疏表示的去噪字典,并对同一段大地电磁信号对应的训练矩阵进行去噪得到训练阶段的去噪矩阵;再将基于训练阶段的去噪矩阵与训练矩阵的误差得到待更新原子对应的残差,再对残差进行奇异值分解以完成原子更新;

S3:获取每段大地电磁信号对应的待去噪矩阵,将步骤S2中得到原子字典作为正交匹配追踪算法的去噪字典并对同一段大地电磁信号对应的待去噪矩阵进行去噪得到编码矩阵;

S4:分别计算同一段大地电磁信号对应的原子字典与编码矩阵的内积得到去噪矩阵,再对去噪矩阵进行复原操作得到去噪的大地电磁信号。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S2中获取任意一段大地电磁信号对应的原子字典的过程均执行如下步骤:S21:将初始字典作为正交匹配追踪算法中信号稀疏表示的去噪字典,并对同一段大地电磁信号对应的训练矩阵进行去噪得到训练阶段的编码矩阵;

S22:基于初始字典、训练阶段的编码矩阵以及训练矩阵计算出各个原子对应的残差,并对残差进行奇异值分解,再基于分解结果对原子进行更新以及对训练阶段的编码矩阵进行更新;

其中,残差以及残差的奇异值分解如下:

Gk表示当前原子dk对应的残差,dk、dj为初始字典中第k个原子、第j个原子,H为训练矩阵, 为训练阶段的编码矩阵中的第j个行向量;

Gk=Λ∑VT,Λ、∑、V均为残差的奇异值分解后得到酉矩阵、半正定对角矩阵、特征向量矩阵,其中,矩阵Λ中第一个列向量表示当前原子dk更新后的值,矩阵∑的第一个值与矩阵V的第一列相乘作为当前训练阶段的编码矩阵更新后的第k个行向量S23:基于更新后的初始字典以及编码矩阵再返回步骤S21进行下一次迭代更新,直至达到预设迭代次数。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:同一段大地电磁信号对应的训练矩阵步进分割时的步进长度小于待去噪矩阵的步进长度。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:训练矩阵对应的步进长度为1,待去噪矩阵对应的步进长度为32。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述初始字典的线性代数矩阵A如下:式中,W等于训练矩阵的行数,所述初始字典是将矩阵A转置,再对转置矩阵AT中的每一列进行归一化处理得到。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S3中获取任一段大地电磁信号对应的编码矩阵的过程均执行如下步骤:S31:获取待去噪矩阵,并将同一段大地电磁信号对应的原子字典作为正交匹配追踪算法的去噪字典;

S32:依次对待去噪矩阵中每列信号进行处理得到每一列信号对应的稀疏逼近信号:首先,从待去噪矩阵匹配的原子字典中选择出与当前处理的一列信号相匹配的最佳原子;

其次,按照如下公式计算出当前处理的一列信号对应的稀疏逼近信号x:x=arg min||f-dif||

式中,f为待去噪矩阵中当前处理的一列信号,di表示与当前处理的一列信号相匹配的最佳原子,arg min|| ||表示为范数最小值的复数辐角值;

然后,循环迭代处理待去噪矩阵中下一列信号直至计算出每一列信号对应的稀疏逼近信号;

S33:利用每一列信号对应的稀疏逼近信号构建编码矩阵。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:按照如下公式从待去噪矩阵匹配的原子字典中选择出与当前处理的一列信号相匹配的最佳原子:式中,dj表示原子字典中的第j个原子,arg max| |表示为最大值的复数辐角值,N表示为原子字典中原子的个数。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述待去噪矩阵是对大地电磁信号进行步进分割得到,步骤S4中对去噪矩阵进行复原操作的过程如下:将去噪矩阵中各列重合部分的信号进行均值处理,再将均值处理后的信号进行拼接得到去噪的大地电磁信号。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述方法的系统,其特征在于:包括:构建模块:用于将待去噪的大地电磁信号进行分段,并对每段大地电磁信号分别进行步进分割构建出每段大地电磁信号对应的训练矩阵;以及还用于获取每段大地电磁信号对应的待去噪矩阵;

原子字典训练模块:用于利用每段大地电磁信号对应的训练矩阵对预设的初始字典分别进行原子训练得到每段大地电磁信号的原子字典;

其中,原子训练的方法为:将所述预设的初始字典作为正交匹配追踪算法中信号稀疏表示的去噪字典,并对同一段大地电磁信号对应的训练矩阵进行去噪得到训练阶段的去噪矩阵;再将基于训练阶段的去噪矩阵与训练矩阵的误差得到待更新原子对应的残差,再对残差进行奇异值分解以完成原子更新;

去噪模块:用于将得到原子字典作为正交匹配追踪算法的去噪字典并对同一段大地电磁信号对应的待去噪矩阵进行去噪得到编码矩阵;以及分别计算同一段大地电磁信号对应的原子字典与编码矩阵的内积得到去噪矩阵;

复原模块:用于对去噪矩阵进行复原操作得到去噪的大地电磁信号。