CN105022917A - 一种信号精确提取与处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号精确提取与处理方法，具体按照以下步骤实施：首先对输入信号进行微分变化，得到一阶微分信号，然后对一阶微分信号进行减运算，得到混合信号，再将混合信号进行傅里叶变换，得到低频混合信号，同时对储存在存储器内部的干扰信号也进行傅里叶变换，得到低频干扰信号，然后将传统的低频窗函数与低频干扰信号取差，筛选出具有干扰特征的窗函数，最后将低频混合信号和具有干扰特征的窗函数进行与运算，然后进行滤波和傅里叶逆变换，得到目的信号，最后对目的信号进行二次滤波，去除目的信号中包含的毛刺，得到精确的目的信号，本发明解决了现有技术中存在的信号提取效果不佳且容易导致信号丢失的问题。

Description

一种信号精确提取与处理方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种信号精确提取与处理方法。

背景技术

随着电子信息领域的不断发展，人们对电子信息质量要求不断提升，为了能使信号在更加复杂的环境保证精确提取进而保证不丢失重要信息，人们也采取了不同的方法，如何去掉原始信号中的干扰信号使其满足要求是一个棘手的问题,信号的传输方式是在选定的低频载波信号上叠加高频目的信号，而在信号传输时，影响信号精确提取与处理的是一些杂波信号，在以往的案例中人们处理信号提取的一般方法是对于存在杂波信号的直接在解调之前去掉，实际设计中算法羞涩难懂，不易实现，且效果不佳，而这样做注定会丢失一些重要信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号精确提取与处理方法，解决了现有技术中存在的信号提取效果不佳且容易导致信号丢失的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、首先对输入信号X1(t)进行微分变化，得到一阶微分信号X2(t)，从得到的一阶微分信号可以看出输入信号在不同时刻t时的变化率；

步骤2、将输入信号X1(t)与步骤1中得到的一阶微分信号X2(t)进行减运算，得到混合信号X3(t)；

步骤3、对步骤2得到的混合信号X3(t)进行傅里叶变换，得到低频混合信号X4(w)，同时能够看到低频混合信号X4(w)在不同频率w处的幅值变化；

步骤4、当步骤3对混合信号X3(t)进行傅里叶变换时，同时对储存在存储器内部的干扰信号X5(t)也进行傅里叶变换，得到低频干扰信号X6(t)；

步骤5、将传统的低频窗函数f1(w)与步骤4中得到的低频干扰信号X6(t)取差，筛选出具有干扰特征的窗函数f2(w)；

步骤6、将步骤3得到的低频混合信号X4(w)和步骤5得到的具有干扰特征的窗函数f2(w)进行与运算，然后进行滤波和傅里叶逆变换，得到目的信号X7(t)；

步骤7、将步骤6得到的目的信号X7(t)进行二次滤波，去除目的信号中包含的毛刺，得到精确的目的信号X8(t)。

本发明的特点还在于，

步骤1中对输入信号X1(t)进行微分变化的公式具体为：

X2(t)＝X1(t)*d X1(t)/dt   (1)

步骤2中混合信号X3(t)的计算公式具体为：

X3(t)＝X1(t)-X2(t)＝X1(t)*(1-d X1(t)/dt)   (2)

步骤3中低频混合信号X4(w)的计算公式具体为：

$X4\left(w\right)=fft2\left(X3\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(3\right)$

式(3)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示低频混合信号X4(w)各处不同的频率值。

步骤4中低频干扰信号X6(t)的计算公式具体为：

$X6\left(w\right)=fft2\left(X5\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(4\right)$

式(4)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示低频干扰信号X6(t)各处不同的频率值，此处w₀与步骤5中w₀相同。

步骤5中低频窗函数f1(w)的表达式具体为：

$f1\left(w\right)=1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(5\right)$

式(5)中，w₀表示设置的额定频率，w表示各处不同的频率值，此处w0与步骤5中w₀相同。

步骤6中具有干扰特征的窗函数f2(w)的计算公式具体为：

$f2\left(w\right)=\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{w}{w_0}\right)}^2}}-fft2\left(X5\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(6\right)$

式(6)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示各处不同的频率值，此处w₀与所述步骤5中w0相同。

步骤7中目的信号X7(t)的计算公式具体为：

式(7)中，fft^-1表示傅立叶逆变换的表达式,t表示时间变量，τ表示时间参数。

步骤8中精确的目的信号X8(t)的计算公式具体为：

$X8\left(t\right)=X7\left(t\right)*1/\sqrt{(1+{\left(\frac{t}{t0}\right)}^2)}---\left(8\right)$

式(8)中，t₀表示设置的额定时效，t表示时间变量。

本发明的有益效果是，一种信号精确提取与处理方法，先对信号的变化进行分析，运用分离出其变化率的方法对其进行数学运算，重点刻画出信号的重要特征，通过这样的方法，使得将干扰信号控制在一定的范围内，然后数次与低通滤波器进行数字运算，不仅将难度大大降低，便于实现，而且运用的算法运算使得加工难度也得到有效的降低。

附图说明

图1是本发明一种信号精确提取与处理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种信号精确提取与处理方法，在信号控制时，以往的方法都是将干扰信号直接消除，这样做不仅难以精确实现，而且会对目的信号造成严重影响，造成目的信号的重要特征丢失，进而对后续的操作产生不可逆转的后果，而本发明的重点，则是先对信号的变化进行分析，运用分离出其变化率的方法对其进行数学运算，重点刻画出信号的重要特征，通过这样的方法，使得将干扰信号控制在一定的范围内，在消除的时候，本发明数次与低通滤波器进行数字运算，不仅将难度大大降低，便于实现，而且运用的算法运算使得加工难度也得到有效的降低，较传统信号处理模型更为灵活，实用面更加宽广的信号精确提取与处理,更全面的满足人们对电子信息的需求，流程图如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1、首先对输入信号X1(t)进行微分变化，得到一阶微分信号X2(t)，从得到的一阶微分信号可以看出输入信号在不同时刻t时的变化率，对输入信号X1(t)进行微分变化的公式具体为：

X2(t)＝X1(t)*d X1(t)/dt   (1)；

步骤2、将输入信号X1(t)与步骤1中得到的一阶微分信号X2(t)进行减运算，得到混合信号X3(t)，混合信号X3(t)的计算公式具体为：

X3(t)＝X1(t)-X2(t)＝X1(t)*(1-d X1(t)/dt)   (2)；

步骤3、对步骤2得到的混合信号X3(t)进行傅里叶变换，得到低频混合信号X4(w)，同时能够看到低频混合信号X4(w)在不同频率w处的幅值变化，低频混合信号X4(w)的计算公式具体为：

$X4\left(w\right)=fft2\left(X3\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(3\right);$

步骤4、当步骤3对混合信号X3(t)进行傅里叶变换时，同时对储存在存储器内部的干扰信号X5(t)也进行傅里叶变换，得到低频干扰信号X6(t)，低频干扰信号X6(t)的计算公式具体为：

$X6\left(w\right)=fft2\left(X5\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(4\right),$

式(4)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示低频干扰信号X6(t)各处不同的频率值，此处w₀与步骤5中w₀相同；

步骤5、将传统的低频窗函数f1(w)与步骤4中得到的低频干扰信号X6(t)取差，筛选出具有干扰特征的窗函数f2(w)，低频窗函数f1(w)的表达式具体为：

$f1\left(w\right)=1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(5\right)$

式(5)中，w₀表示设置的额定频率，w表示各处不同的频率值，此处w0与步骤5中w₀相同，

具有干扰特征的窗函数f2(w)的计算公式具体为：

$f2\left(w\right)=\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{w}{w_0}\right)}^2}}-fft2\left(X5\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{\left(w/w_0\right)}^2)}---\left(6\right)$

式(6)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示各处不同的频率值，此处w₀与所述步骤5中w0相同；

步骤6、将步骤3得到的低频混合信号X4(w)和步骤5得到的具有干扰特征的窗函数f2(w)进行与运算，然后进行滤波和傅里叶逆变换，得到目的信号X7(t)，目的信号X7(t)的计算公式具体为：

式(7)中，本发明中采用数字包络检波去噪，fft^-1表示傅立叶逆变换的表达式，t表示时间变量，τ表示时间参数；

步骤7、将步骤6得到的目的信号X7(t)进行二次滤波，去除目的信号中包含的毛刺，得到精确的目的信号X8(t)，精确的目的信号X8(t)的计算公式具体为：

$X8\left(t\right)=X7\left(t\right)*1/\sqrt{(1+{\left(t/t_0\right)}^2)}---\left(8\right)$

式(8)中，t₀表示设置的额定时效，t表示时间变量。

本发明一种信号精确提取与处理方法，根据源信号不仅存在噪声信号，还在一个系统必须有的正反馈的作用下逐渐增大，利用预先获取其变化率的技术消除正反馈所引起的干扰，再数次让低通滤波器与源信号及干扰信号进行数学模型运算，从而达到预期的效果，控制过程简单，效果明显。

传统信息提取与处理模型仅能满足部分用户的要求，而且仅适用于部分信号，实用面较窄，不适合大面积推广，更不能灵活运用在多种场合。本发明旨在研究实用性强、要求高的信息提取处理结构，使其从灵活性、实用性、精度等方面得到改善，对于不同场合的信号，仅需调整模式即可适应不同要求的需求，而且可以与不同软件及后续处理器件配合达到通用目的，极大提高信号提取与处理的灵活性和准确性。

Claims (9)

1.一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、首先对输入信号X1(t)进行微分变化，得到一阶微分信号X2(t)，从得到的一阶微分信号可以看出输入信号在不同时刻t时的变化率；

步骤2、将输入信号X1(t)与所述步骤1中得到的一阶微分信号X2(t)进行减运算，得到混合信号X3(t)；

步骤3、对所述步骤2得到的混合信号X3(t)进行傅里叶变换，得到低频混合信号X4(w)，同时能够看到低频混合信号X4(w)在不同频率w处的幅值变化；

步骤4、当所述步骤3对混合信号X3(t)进行傅里叶变换时，同时对储存在存储器内部的干扰信号X5(t)也进行傅里叶变换，得到低频干扰信号X6(t)；

步骤5、将传统的低频窗函数f1(w)与所述步骤4中得到的低频干扰信号X6(t)取差，筛选出具有干扰特征的窗函数f2(w)；

步骤6：将所述步骤3得到的低频混合信号X4(w)和所述步骤5得到的具有干扰特征的窗函数f2(w)进行与运算，然后进行滤波和傅里叶逆变换，得到目的信号X7(t)；

步骤7、将所述步骤6得到的目的信号X7(t)进行二次滤波，去除目的信号中包含的毛刺，得到精确的目的信号X8(t)。

2.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤1中对输入信号X1(t)进行微分变化的公式具体为：

X2(t)＝X1(t)*d X1(t)/dt        (1)。

3.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤2中混合信号X3(t)的计算公式具体为：

X3(t)＝X1(t)-X2(t)＝X1(t)*(1-d X1(t)/dt)       (2)。

4.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤3中低频混合信号X4(w)的计算公式具体为：

$X4\left(w\right)=fft2\left(X3\right(t))*1/\sqrt{(1+{(w/w_0)}^2)}----\left(3\right)$

式(3)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示低频混合信号X4(w)各处不同的频率值。

5.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤4中低频干扰信号X6(t)的计算公式具体为：

$X6\left(w\right)=fft2\left(X5\left(t\right)\right)*1\sqrt{(1+{(w/w_0)}^2)}---\left(4\right)$

式(4)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示低频干扰信号X6(t)各处不同的频率值，此处w₀与所述步骤5中w₀相同。

6.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤5中低频窗函数f1(w)的表达式具体为：

$f1\left(w\right)=1/\sqrt{(1+{(w/w_0)}^2)}---\left(5\right)$

式(5)中，w₀表示设置的额定频率，w表示各处不同的频率值，此处w0与所述步骤5中w₀相同。

7.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤5中具有干扰特征的窗函数f2(w)的计算公式具体为：

$f2\left(w\right)=\frac{1}{\sqrt{1+\left(\frac{w}{w_0}\right)}}-fft2\left(X5\right(t\left)\right)*1/\sqrt{(1+{(w/w_0)}^2)}---\left(6\right)$

式(6)中，fft2表示快速傅立叶变化，w₀表示设置的额定频率，w表示各处不同的频率值，此处w₀与所述步骤5中w0相同。

8.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤6中目的信号X7(t)的计算公式具体为：

式(7)中，fft^-1表示傅立叶逆变换的表达式，t表示时间变量，τ表示时间参数。

9.根据权利要求1所述的一种信号精确提取与处理方法，其特征在于，所述步骤7中精确的目的信号X8(t)的计算公式具体为：

$X8\left(t\right)=X7\left(t\right)*1/\sqrt{(1+{(t/t_0)}^2)}---\left(8\right)$

式(8)中，t₀表示设置的额定时效，t表示时间变量。