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专利号: 2022109464383
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: 计算;推算;计数
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:

1.一种基于注意力机制稀疏表示的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1:获取待去噪的大地电磁信号以及冗余字典,并将所述大地电磁信号进行分段;

步骤S2:计算待去噪的各个大地电磁信号段与所述冗余字典中每个原子的注意力权重;

步骤S3:针对待去噪的各个大地电磁信号段,均将待去噪的大地电磁信号段与各个原子的注意力权重降序排列,再按序以累计的注意力权重之和大于或等于权重阈值为节点,从所述冗余字典中选择出原子构成待去噪的大地电磁信号段的最小子集;

步骤S4:对待去噪的大地电磁信号段的所述最小子集中的原子,进行稀疏编码得到稀疏编码向量;

步骤S5:拼接所有大地电磁信号段的稀疏编码向量得到稀疏编码矩阵,然后基于所述稀疏编码矩阵与所述冗余字典乘积得到噪声轮廓矩阵;

步骤S6:基于所述噪声轮廓矩阵对步骤S1中所述待去噪的大地电磁信号进行去噪得到降噪后的大地电磁信号。

2.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:步骤S3中针对待去噪的各个大地电磁信号段,均按序计算累计的注意力权重之和直至大于或等于所述权重阈值,再利用所述注意力权重之和对应的原子构成大地电磁信号段的最小子集,具体表示为:式中,m表示原子,p表示大地电磁信号段对应的权重阈值,AW表示一个大地电磁信号段与所述冗余字典中所有原子的注意力权重构成的注意力权重矩阵, 为注意力权重矩阵AW中大地电磁信号段与原子m的注意力权重。

3.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:步骤S1中将所述大地电磁信号进行分段后,计算出各个大地电磁信号段的模糊熵;

其中,若所述模糊熵大于1.7,对应大地电磁信号段视为无干扰的大地电磁信号段,跳过步骤S2‑S4,将对应所述大地电磁信号段的稀疏编码向量设置为0;

若所述模糊熵小于或等于1.7,对应大地电磁信号段存在干扰,即视为待去噪的大地电磁信号段,再按照步骤S2‑S4得到对应所述大地电磁信号段的稀疏编码向量;

待得到所有大地电磁信号段的稀疏编码向量后,执行步骤S5。

4.根据权利要求3所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:步骤S3中各个大地电磁信号段对应的权重阈值按照如下公式确定:式中,p表示一个大地电磁信号段对应的权重阈值,F表示大地电磁信号段对应的模糊熵,e为自然底数。

5.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:步骤S2中按照如下公式计算出任一大地电磁信号段与所述冗余字典中每个原子的注意力权重:式中,AW为大地电磁信号段 与所述冗余字典中所有原子的注意力权重构成的注意力权重矩阵,AS为大地电磁信号段 与所述冗余字典中所有原子的注意力分数构成的注意力分数矩阵,softmax()表示softmax函数,且定义N、J分别为矩阵 中第n个、第j个原子对应的元素;

存在:

式中,D表示冗余字典,T表示矩阵的转置符号,  表示计算冗余字典D中所有原子对应的 之和,e为自然底数。

6.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:步骤S4中对大地电磁信号段的所述最小子集中的原子进行稀疏编码得到稀疏编码向量的公式为:其中, 为大地电磁信号段 对应的稀疏编码向量,U为大地电磁信号段 对应的最小子集, 为最小子集U的转置。

7.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:所述冗余字典是采用db1二阶小波原子、haar四阶小波原子构建的。

8.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:所述权重阈值的取值范围为:[0.5,0.6]。

9.根据权利要求1所述的大地电磁信号去噪方法,其特征在于:步骤S1中将所述大地电磁信号进行分段后,利用各个大地电磁信号段构建待处理信号矩阵;

其中,所述待处理信号矩阵中的每一列或每一行元素分别对应一个大地电磁信号段,进而利用构建的所述待处理信号矩阵的列向量或行向量执行步骤S2的计算。

10.一种基于权利要求1‑9任一项所述大地电磁信号去噪方法的系统,其特征在于:包括:大地电磁信号获取模块,用于获取待去噪的大地电磁信号以及将所述大地电磁信号进行分段;

冗余字典获取模块,用于获取/构建冗余字典;

注意力权重计算模块,用于计算出待去噪的各个大地电磁信号段与所述冗余字典中每个原子的注意力权重;

最小子集构建模块,用于针对待去噪的各个大地电磁信号段,均将待去噪的大地电磁信号段与各个原子的注意力权重均降序排列,再按序以累计的注意力权重之和大于或等于权重阈值为节点,从所述冗余字典中选择出原子构成待去噪的大地电磁信号段的最小子集;

稀疏编码模块,用于对待去噪的大地电磁信号段的所述最小子集中的原子,进行稀疏编码得到稀疏编码向量;

噪声轮廓提取模块,用于拼接所有大地电磁信号段的稀疏编码向量得到稀疏编码矩阵,然后基于所述稀疏编码矩阵与所述冗余字典的乘积得到噪声轮廓矩阵;

降噪模块,用于基于所述噪声轮廓矩阵对获取的所述待去噪的大地电磁信号进行去噪得到降噪后的大地电磁信号。