CN114124626B - 信号的降噪方法、装置、终端设备以及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种信号的降噪方法，包括：在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。本发明还公开一种信号的降噪装置、终端设备以及计算机可读存储介质。利用本发明的方法，实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，提高了信号降噪效果准确率和效率。

Description

信号的降噪方法、装置、终端设备以及存储介质
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种信号的降噪方法、装置、终端设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
现代机械设备与电子系统日益集成化、自动化，结构也越来越复杂，在设备工作过程中，由于各种原因会不可避免地混入各种噪声干扰，有些还可能在信号中形成局部强噪声干扰。当噪声强度较大或信号较弱时，将使得接收信号发生畸变。因此，无论在民用领域还是军事领域，噪声抑制问题都越来越受到重视。
许多应用场景中，系统接收的有用信号为连续波形式信号，具有近似周期特征，所受到的局部强噪声干扰为强冲激脉冲干扰。强冲激脉冲干扰的典型特点是在局部干扰区域持续的时间相对较短(但可重复出现)，在干扰区域内干扰噪声的峰值可能远超过有用信号的幅值，并且冲激脉冲在时域上也有一定的展宽，这会对冲激脉冲干扰区域内的有用信号造成严重干扰。若不对所获得的有用信号采取去噪处理，则混在其中的噪声干扰可能掩盖有用信号的真实信息，造成检测与分析结果的不准确。因此如何在局部低信噪比条件下分离噪声与有用信号，并采取噪声抑制方法降低或消除噪声以提高信噪比，是信号检测与信号处理的一项重要任务。
在传统的信号处理方法中，降噪是通过频谱分析技术来实现的，即利用傅里叶变换把信号映射在频域内加以分析。当噪声与信号在频域可分时，可以设计合适的频域滤波器，滤除或抑制有用信号频带外的噪声。
但是，利用现有的方法进行降噪处理时，难以实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，导致信号降噪效果较差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种信号的降噪方法、装置、终端设备以及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中利用现有的方法进行降噪处理时，难以实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，导致信号降噪效果较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种信号的降噪方法，所述方法包括以下步骤：
在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；
利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；
对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；
利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；
利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
可选的，所述在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段的步骤，包括：
对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以获得冲激脉冲干扰信号片段；
以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，并将搜索到的第一个峰值点确定为片段起点；
以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，并将搜索到的第一个峰值点确定为片段终点；
将所述目标信号中处于所述片段起点和所述片段终点之间的信号片段确定为所述目标干扰信号片段。
可选的，所述目标信号包括不同采样时刻对应的采样值；所述对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以获得冲激脉冲干扰信号片段的步骤，包括：
利用平均幅值，在所述目标信号中确定出多个峰值点；
在多个所述峰值点中确定出选定峰值点；
以所述选定峰值点为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，并将第一次搜索到的与前一峰值点间隔大于或等于平均间隔一半，且与上一采样时刻的采样值差小于或等于最大变化幅值的采样时刻确定为第一时刻；
以所述选定峰值点为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，并将第一次搜索到的与前一峰值点间隔大于或等于所述平均间隔一半，且与上一采样时刻的采样值差小于或等于所述最大变化幅值的采样时刻确定为第二时刻；
将所述目标信号中处于所述第一时刻和所述第二时刻之间的信号片段确定为所述冲激脉冲干扰信号片段。
可选的，所述利用平均幅值，在所述目标信号中确定出多个峰值点的步骤之前，所述方法还包括：
在预设参照信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的参照信号片段；
在所述参照信号片段中确定出多个参照峰值点；
将多个所述参照峰值点按照时间顺序排序，获得多个有序峰值点；
利用多个所述有序峰值点对应的采样时刻，计算多个所述有序峰值点的平均间隔；
利用多个所述有序峰值点对应的采样值，计算多个所述有序峰值点的平均幅值；
利用所述参照信号片段中各个采样时刻对应的采样值，计算相邻的采样时刻的最大变化幅值。
可选的，一个采样时刻对应一个采样点；所述对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段的步骤，包括：
利用所述目标干扰信号片段的采样点的数量和所述有用信号片段的采样点的数量，计算延拓周期数量和判别参数；
利用所述延拓周期数量，对所述有用信号片段进行周期性延拓，获得第一信号片段；
利用所述判别参数和所述延拓周期数量，在所述第一信号片段中截取第二信号片段；
对所述第二信号片段进行翻转处理，获得所述中间信号片段。
可选的，所述利用所述判别参数和所述延拓周期数量，在所述第一信号片段中截取第二信号片段的步骤，包括：
基于所述判别参数和所述延拓周期数量，确定出截取周期数量；
以所述截取周期数量对应的时长为截取长度，在所述第一信号片段中截取第二信号片段。
可选的，所述利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段的步骤，包括：
基于所述目标干扰信号片段的采样点的数量和所述截取周期数量，确定出伸缩系数；
利用所述伸缩系数对所述中间信号片段中各采样时刻之间的时间间隔进行调整，以获得调整后的中间信号片段；
对所述调整后的中间信号片段进行线性插值操作，获得替换信号片段。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种信号的降噪装置，所述装置包括：
获取模块，用于在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；
确定模块，用于利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；
信号处理模块，用于对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；
获得模块，用于利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；
替换模块，用于利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种终端设备，所述终端设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行信号的降噪程序，所述信号的降噪程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的信号的降噪方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信号的降噪程序，所述信号的降噪程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的信号的降噪方法的步骤。
本发明技术方案提出了一种信号的降噪方法，通过在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
现有的方法中，利用通过频谱分析技术对噪声与有用信号分量进行分解，但由于强冲激干扰脉冲的峰值可能远大于有用信号(不存在冲激脉冲干扰的信号)幅值，并且时域上干扰噪声的复杂性，时频分解的噪声分量与有用信号分量仍存在一定程度的混叠，难以实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，导致信号降噪效果较差。而采用本发明的方法，利用不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段，获得最终的替换信号片段，并利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，以获得降噪后的目标信号，从而可以实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，提高了信号降噪效果准确率和效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端设备结构示意图；
图2为本发明信号的降噪方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明噪声信号波形图；
图4为本发明目标信号波形图；
图5为本发明选定峰值点的示意图；
图6为本发明冲激脉冲干扰信号片段与目标信号的对比图；
图7为本发明参照信号片段的波形图；
图8为本发明目标信号和降噪后的目标信号的波形对比图；
图9为本发明目标信号和降噪后的目标信号的频谱对比图；
图10为本发明信号的降噪装置第一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端设备结构示意图。
通常，终端设备包括：至少一个处理器301、存储器302以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的信号的降噪程序，所述信号的降噪程序配置为实现如前所述的信号的降噪方法的步骤。
处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。处理器301还可以包括Al(Artificial lntelligence，人工智能)处理器，该Al处理器用于处理有关信号的降噪方法操作，使得信号的降噪方法模型可以自主训练学习，提高效率和准确度。
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以实现本申请中方法实施例提供的信号的降噪方法。
在一些实施例中，终端还可选包括有：通信接口303和至少一个外围设备。处理器301、存储器302和通信接口303之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与通信接口303相连。具体地，外围设备包括：射频电路304、显示屏305和电源306中的至少一种。
通信接口303可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。在一些实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
射频电路304用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路304将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路304包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路304可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：城域网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路304还可以包括NFC(NearField Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。
显示屏305用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏305是触摸显示屏时，显示屏305还具有采集在显示屏305的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器301进行处理。此时，显示屏305还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，显示屏305可以为一个，电子设备的前面板；在另一些实施例中，显示屏305可以为至少两个，分别设置在电子设备的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，显示屏305可以是柔性显示屏，设置在电子设备的弯曲表面上或折叠面上。甚至，显示屏305还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。显示屏305可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示屏)、OLED(0rganic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)等材质制备。
电源306用于为电子设备中的各个组件进行供电。电源306可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源306包括可充电电池时，该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信号的降噪程序，所述信号的降噪程序被处理器执行时实现如上文所述的信号的降噪方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个终端设备上执行，或者在位于一个地点的多个终端设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个终端设备备上执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的计算机可读存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
基于上述硬件结构，提出本发明信号的降噪方法的实施例。
参照图2，图2为本发明信号的降噪方法第一实施例的流程示意图，所述方法用于终端设备，所述方法包括以下步骤：
步骤S11：在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段。
需要说明的是，本发明的执行主体是终端设备，终端设备安装有信号的降噪程序，终端设备执行信号的降噪程序时，实现本发明的信号的降噪方法。具体应用中，含有噪声的信号即是目标信号，目标信号可以是任何形式的连续波信号，在本发明中，目标信号尤其是指含有冲激脉冲干扰的信号，冲激脉冲干扰可以是强冲激脉冲干扰。对于含有强冲激脉冲干扰的目标信号，本发明的信号的降噪方法具有较优的效果。
在目标信号中，冲激脉冲干扰存在的区域即为所述冲激脉冲干扰区域，也是噪声存在的区域，该区域对应的信号是目标信号中的片段，也即为所述目标干扰信号片段；对于一个目标信号，其对应多个目标干扰信号片段，本发明以一个目标干扰信号片段为例进行解释，其他目标干扰信号片段的处理方式类似。
进一步的，所述在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段的步骤，包括：对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以获得冲激脉冲干扰信号片段；以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，并将搜索到的第一个峰值点确定为片段起点；以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，并将搜索到的第一个峰值点确定为片段终点；将所述目标信号中处于所述片段起点和所述片段终点之间的信号片段确定为所述目标干扰信号片段。
首先，对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以精准的确定出冲激脉冲干扰信号片段，一个目标信号可能包括多个冲激脉冲干扰信号片段，每个冲激脉冲干扰信号片段均采用上述方式获得对应的目标干扰信号片段。
可以理解的是，目标信号是由不同采样时刻对应的采样值组成，一个采样时刻对应一个采样点，一个采样点对应一个采样值，即目标信号的数据(信号幅值)是以时间先后的方式延伸的；对于任意一个采样点，在波形图中在其之前的采样时刻的采样点是在它左侧的，同理，在波形图中在其之后的采样时刻的采样点是在它右侧的。
可以理解的是，以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，即是指在波形图中向左侧搜索，同理，以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，即是指在波形图中向右侧搜索。对于搜索到的第一个峰值点可以是正峰值点，也可以是负峰值点，本发明不做限定。将目标信号中，片段起点和片段终点组成的区间所包括的信号片段确定为所述目标干扰信号片段。
对于一个目标信号d(t)，确定出多个冲激脉冲干扰信号片段，对于任一冲激脉冲干扰信号片段，该冲激脉冲干扰信号片对应的目标干扰信号片段表示为为dn(t)，其中，t＝mΔt，0≤m≤M，m和M为整数，其中，Δt为采样时刻之间的时间间隔，该目标干扰信号片段的采样点的数量为M+1，MΔt为目标干扰信号片段的总长度。
具体的，所述目标信号包括不同采样时刻对应的采样值；所述对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以获得冲激脉冲干扰信号片段的步骤，包括：利用平均幅值，在所述目标信号中确定出多个峰值点；在多个所述峰值点中确定出选定峰值点；以所述选定峰值点为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，并将第一次搜索到的与前一峰值点间隔大于或等于平均间隔一半，且与上一采样时刻的采样值差小于或等于最大变化幅值的采样时刻确定为第一时刻；以所述选定峰值点为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，并将第一次搜索到的与前一峰值点间隔大于或等于所述平均间隔一半，且与上一采样时刻的采样值差小于或等于所述最大变化幅值的采样时刻确定为第二时刻；将所述目标信号中处于所述第一时刻和所述第二时刻之间的信号片段确定为所述冲激脉冲干扰信号片段。
具体的，所述利用平均幅值，在所述目标信号中确定出多个峰值点的步骤之前，所述方法还包括：在预设参照信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的参照信号片段；在所述参照信号片段中确定出多个参照峰值点；将多个所述参照峰值点按照时间顺序排序，获得多个有序峰值点；利用多个所述有序峰值点对应的采样时刻，计算多个所述有序峰值点的平均间隔；利用多个所述有序峰值点对应的采样值，计算多个所述有序峰值点的平均幅值；利用所述参照信号片段中各个采样时刻对应的采样值，计算相邻的采样时刻的最大变化幅值所述基于所述参照信号片段，获得平均间隔、平均幅值和最大变化幅值的步骤，包括：在所述参照信号片段中确定出多个参照峰值点；将多个所述参照峰值点按照时间顺序排序，获得多个有序峰值点；利用多个所述有序峰值点对应的采样时刻，计算多个所述有序峰值点的平均间隔；利用多个所述有序峰值点对应的采样幅值，计算多个所述有序峰值点的平均幅值；利用所述参照信号片段中各个采样时刻对应的采样幅值，计算相邻的采样时刻的最大变化幅值。
其中，预设参照信号可以是目标信号，也可以是其它包括不存在冲激脉冲干扰信号片段的信号，在预设参照信号中取出一段不存在冲激脉冲干扰的参照信号片段s(kΔt)，0≤k≤K，k和K为整数，搜索参照信号片段的全部峰值点——多个参照峰值点，并将多个参照峰值点对应的采样时刻按照时间顺序排序，第i个参照峰值点的采样时刻记为ti，该参照峰值点的采样值记为Ai，其中，0≤i≤I，/为参照峰值点的个数。
然后继续按照公式一，计算平均间隔，公式一如下：
Figure BDA0003306703480000101
其中，ta为平均间隔。
然后，按照公式二，计算平均幅值，公式二如下：
Figure BDA0003306703480000111
其中，Aa为平均幅值。
再然后，按照公式三，计算最大变化幅值，公式三如下：
Figure BDA0003306703480000112
其中，c为所述最大变化幅值，其中，最大变化幅值为相邻时刻信号值插值的最大幅值。
然后将目标信号中，幅值大于1.5Aa的峰值点确定为多个所述峰值点；对多个所述峰值点中，相邻间隔小于
Figure BDA0003306703480000113
的峰值点作为一个峰值点组，以获得多个峰值点组，每个峰值点组中幅值最大的峰值点即为所述选定峰值点，所保留的选定峰值点就是冲激脉冲干扰区域的最大峰值点。
在目标信号d(t)中，对于每个冲激脉冲干扰区域的最大峰值点向左与向右搜索，若信号相邻时刻(采样时刻)的幅值变化差的绝对值小于或等于c，且信号相邻峰值点之间的间隔大于或等于
Figure BDA0003306703480000114
时，停止搜索，以确定出第一时刻和第二时刻，若信号相邻时刻(采样时刻)的幅值变化差的绝对值大于c，或，信号相邻峰值点之间的间隔小于
Figure BDA0003306703480000115
则继续搜索。然后将目标信号中，第一时刻和第二时刻之间的部分确定为所述冲激脉冲干扰信号片段。
步骤S12：利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段。
在获得目标干扰信号片段之后，在目标干扰信号片段相邻左侧或者右侧搜寻一个周期的有用信号(这个有用信号即是不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段)，该一周期有用信号包括3个峰值点，其左侧与右侧端点都是有用信号片段的峰值点(在半周期处还有一个峰值点)。将这段区间的有用信号片段提取出来，记为s(t)，t＝lΔt，0≤l≤L，/和L为整数，LΔt为有用信号片段的总长度。
步骤S13：对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段。
有用信号片段并不能直接用于替换操作，需要对其进行相应的处理：周期性延拓、截取和翻转，具体的，一个采样时刻对应一个采样点；所述对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段的步骤，包括：利用所述目标干扰信号片段的采样点的数量和所述有用信号片段的采样点的数量，计算延拓周期数量和判别参数；利用所述延拓周期数量，对所述有用信号片段进行周期性延拓，获得第一信号片段；利用所述判别参数和所述延拓周期数量，在所述第一信号片段中截取第二信号片段；对所述第二信号片段进行翻转处理，获得所述中间信号片段。其中，所述利用所述判别参数和所述延拓周期数量，在所述第一信号片段中截取第二信号片段的步骤，包括：基于所述判别参数和所述延拓周期数量，确定出截取周期数量；以所述截取周期数量对应的时长为截取长度，在所述第一信号片段中截取第二信号片段。
对于有用信号片段s(t)，t＝lΔt，0≤l≤L，按照公式四，求得延拓周期数量和判别参数，公式四如下：
Figure BDA0003306703480000121
Figure BDA0003306703480000122
其中，MΔt为目标干扰信号片段dn(t)的总长度，m□为判别参数，JT为延拓周期数量，round表示取整函数，「a]表示对a向上取整。对于有用信号片段s(t)，延期后获得的第一信号片段表示如下：
s(jLΔt+lΔt)＝s(jLΔt-lΔt)，0≤l≤L，l≤j≤JT-1
基于m□，确定第二信号片段采样点的数量为Le+1，Le按照公式五求得，公式五如下：
Figure BDA0003306703480000123
可以理解的是，利用判别参数m□，在所述第一信号片段中截取第二信号片段的长度为LeΔt，其包含的信号半周期数与dn(t)包含的信号半周期数一致。
然后，对第二信号片段进行翻转，翻转后获得的中间信号片段表示为：
sr(t)＝sr(lΔt)＝s(LeΔt-lΔt)，0≤l≤Le
其中，sr(t)为中间信号片段。sr(t)的其中一个端点(左或右端点)与dn(t)的对应左或右端点幅度一致。
步骤S14：利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段。
需要说明的是，对于中间信号片段是不能直接用于进行替换操作的，依旧需要对其进行处理，获得最终的替换信号片段，对于替换信号片段，可以直接进行替换操作。对中间信号片段进行处理即是执行：将sr(t)进行伸缩处理，使其伸缩后的信号sc(t)的长度与目标干扰信号片段dn(t)的长度相同。
具体的，所述利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段的步骤，包括：基于所述目标干扰信号片段的采样点的数量和所述截取半周期数量，确定出伸缩系数；利用所述伸缩系数对所述中间信号片段中各采样时刻之间的时间间隔进行调整，以获得调整后的中间信号片段；对所述调整后的中间信号片段进行线性插值操作，获得替换信号片段。
伸缩后的信号sc(t)即为所述调整后的中间信号片段，调整后的中间信号片段表示为：
Figure BDA0003306703480000131
具中，LeΔt为所述sr(t)的长度，目标干扰信号片段的长度为MΔt，
Figure BDA0003306703480000132
Figure BDA0003306703480000133
为所述伸缩系数，则有LeΔt′＝MΔt，所述调整后的中间信号片段的长度与目标干扰信号片段的长度相同。最后，对所述调整后的中间信号片段(sc(lΔt′)，0≤l≤Le)进行线性插值操作，得到对应的替换信号片段sc(mΔt)，0≤m≤M，替换信号片段作为目标干扰信号片段去除干扰后的信号片段。
步骤S15：利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
按照上文所述方法获得替换信号片段之后，将目标信号中目标干扰信号片段替换为替换信号片段，替换之后的目标信号即为降噪后的目标信号。
可以理解的是，按照本发明的方法，对于每个目标信号，可能对应多个目标干扰信号片段和相应的多个替换信号片段，一个目标干扰信号片段对应一个替换信号片段，然后对于每一个目标干扰信号片段，均按照上文方式，利用替换信号片段进行替换，全部替换完成时，获得最终的降噪后的目标信号。
本发明技术方案提出了一种信号的降噪方法，通过在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
现有的方法中，利用通过频谱分析技术对噪声与有用信号分量进行分解，但由于强冲激干扰脉冲的峰值可能远大于有用信号(不存在冲激脉冲干扰的信号)幅值，并且时域上干扰噪声的复杂性，时频分解的噪声分量与有用信号分量仍存在一定程度的混叠，难以实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，导致信号降噪效果较差。而采用本发明的方法，利用不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段，获得最终的替换信号片段，并利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，以获得降噪后的目标信号，从而可以实现对强冲激脉冲干扰噪声的抑制，提高了信号降噪效果准确率和效率。
为了验证效果，本发明实施例所采用的实验数据为实际电子设备采集得到的背景噪声数据与含噪信号数据，对应的采样率为2MSPS。为了方便分析，对背景噪声与含噪数据各取1024个点的一段数据进行分析，数据的时间长度为
Figure BDA0003306703480000141
参照图3和图4，图3为本发明噪声信号波形图，图4为本发明目标信号波形图；图3和图4均是基于上述实验数据获得的波形图，从图3可以看出这里的背景噪声具有重复冲激脉冲干扰的形式，并且冲激脉冲在时域上有一定的展宽。从图4可以看出有用信号的时域波形为连续波形式，受到强冲激脉冲噪声的干扰。背景冲激脉冲干扰噪声波形的尖峰突出，并且峰值一般远大于有用信号的峰值。在背景冲激脉冲干扰存在处，有用信号受到背景噪声的严重干扰；在没有冲激脉冲存在的时刻，背景噪声很小，有用信号受到的干扰很小。
参照图5，图5为本发明选定峰值点的示意图，图5中的信号为目标信号，被圈出来的峰值点即为选定峰值点，图5的波形图也是基于上述实验数据获得的波形图。
参照图6，图6为本发明冲激脉冲干扰信号片段与目标信号的对比图，图6的波形图也是基于上述实验数据获得的波形图；图6中上部分为冲激脉冲干扰信号片段的波形图，图6的下部分为目标信号的波形图，从中可以看出本发明的方法实现了对目标信号中所有冲激脉冲干扰信号的准确定位。在图6中，本实验对应的目标干扰信号片段的数量为21。
参照图7，图7为本发明参照信号片段的波形图，图7的波形图也是基于上述实验数据获得的波形图，参照信号片段的参照极值点包括4个，同时，以上述实验数据为基础，获得的4个参照极值点的采样时刻分别为4Δt，11Δt，18Δt，26Δt，对应的采样值分别为-741，791，-733，871。基于实验数据，获得的平均间隔为7.33，平均幅值为784，相邻时刻的所述最大变化幅值560。
参照图8，图8为本发明目标信号和降噪后的目标信号的波形对比图，虚线代表的是目标信号的波形曲线，实线代表的是降噪后的目标信号的波形曲线，可见，降噪后的目标信号有效实现了对强冲激脉冲噪声的抑制。
参照图9，图9为本发明目标信号和降噪后的目标信号的频谱对比图。虚线为目标信号的频谱曲线，实线为降噪后的目标信号的频谱曲线，从图中可以看出，在降噪前的目标信号，由于强冲激脉冲干扰的频谱分布范围很宽，所以目标信号的频谱也是宽带的，在很宽的区域都有频谱分量。而降噪后的目标信号，大部分的噪声分量都被滤除了，不仅有用信号带外的噪声分量被滤除了，而且有用信号带内的噪声分量也得到了有效的滤除，实现了对冲激脉冲噪声的有效抑制。
参照图10，图10为本发明信号的降噪装置第一实施例的结构框图，所述装置用于终端设备，基于与前述实施例相同的发明构思，所述装置包括：
获取模块10，用于在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；
确定模块20，用于利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；
信号处理模块30，用于对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；
获得模块40，用于利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；
替换模块50，用于利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
需要说明的是，由于本实施例的装置所执行的步骤与前述方法实施例的步骤相同，其具体的实施方式以及可以达到的技术效果都可参照前述实施例，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种信号的降噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；
利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；
对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；
利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；
利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段的步骤，包括：
对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以获得冲激脉冲干扰信号片段；
以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，并将搜索到的第一个峰值点确定为片段起点；
以所述冲激脉冲干扰信号片段为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，并将搜索到的第一个峰值点确定为片段终点；
将所述目标信号中处于所述片段起点和所述片段终点之间的信号片段确定为所述目标干扰信号片段。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标信号包括不同采样时刻对应的采样值；所述对所述目标信号中的冲激脉冲干扰区域进行定位处理，以获得冲激脉冲干扰信号片段的步骤，包括：
利用平均幅值，在所述目标信号中确定出多个峰值点；
在多个所述峰值点中确定出选定峰值点；
以所述选定峰值点为搜索起点，向所述目标信号的前端搜索，并将第一次搜索到的与前一峰值点间隔大于或等于平均间隔一半，且与上一采样时刻的采样值差小于或等于最大变化幅值的采样时刻确定为第一时刻；
以所述选定峰值点为搜索起点，向所述目标信号的后端搜索，并将第一次搜索到的与前一峰值点间隔大于或等于所述平均间隔一半，且与上一采样时刻的采样值差小于或等于所述最大变化幅值的采样时刻确定为第二时刻；
将所述目标信号中处于所述第一时刻和所述第二时刻之间的信号片段确定为所述冲激脉冲干扰信号片段。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用平均幅值，在所述目标信号中确定出多个峰值点的步骤之前，所述方法还包括：
在预设参照信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的参照信号片段；
在所述参照信号片段中确定出多个参照峰值点；
将多个所述参照峰值点按照时间顺序排序，获得多个有序峰值点；
利用多个所述有序峰值点对应的采样时刻，计算多个所述有序峰值点的平均间隔；
利用多个所述有序峰值点对应的采样值，计算多个所述有序峰值点的平均幅值；
利用所述参照信号片段中各个采样时刻对应的采样值，计算相邻的采样时刻的最大变化幅值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，一个采样时刻对应一个采样点；所述对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段的步骤，包括：
利用所述目标干扰信号片段的采样点的数量和所述有用信号片段的采样点的数量，计算延拓周期数量和判别参数；
利用所述延拓周期数量，对所述有用信号片段进行周期性延拓，获得第一信号片段；
利用所述判别参数和所述延拓周期数量，在所述第一信号片段中截取第二信号片段；
对所述第二信号片段进行翻转处理，获得所述中间信号片段。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用所述判别参数和所述延拓周期数量，在所述第一信号片段中截取第二信号片段的步骤，包括：
基于所述判别参数和所述延拓周期数量，确定出截取周期数量；
以所述截取周期数量对应的时长为截取长度，在所述第一信号片段中截取第二信号片段。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段的步骤，包括：
基于所述目标干扰信号片段的采样点的数量和所述截取周期数量，确定出伸缩系数；
利用所述伸缩系数对所述中间信号片段中各采样时刻之间的时间间隔进行调整，以获得调整后的中间信号片段；
对所述调整后的中间信号片段进行线性插值操作，获得替换信号片段。
8.一种信号的降噪装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于在获取到含有噪声的目标信号之后，在所述目标信号中确定出冲激脉冲干扰区域对应的目标干扰信号片段；
确定模块，用于利用所述目标干扰信号片段，在所述目标信号中确定出不存在冲激脉冲干扰的有用信号片段；
信号处理模块，用于对所述有用信号片段进行周期性延拓、截取和翻转，获得中间信号片段；
获得模块，用于利用所述目标干扰信号片段对所述中间信号片段进行处理，获得替换信号片段；
替换模块，用于利用所述替换信号片段对所述目标干扰信号片段进行替换，获得降噪后的目标信号。
9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行信号的降噪程序，所述信号的降噪程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的信号的降噪方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有信号的降噪程序，所述信号的降噪程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的信号的降噪方法的步骤。
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