一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪方法和系统

技术领域

本发明属于激光陀螺信号处理技术领域，涉及一种激光陀螺信号降噪方法和系统。

背景技术

在惯性器件中，激光陀螺具有动态范围宽，启动速度快、可靠性高以及数字输出等特点，一直受到研究人员的高度重视。激光陀螺的信号输出质量对惯性器件的性能直接相关，由于设计原理、制造工艺、信号测量方式等多方面影响，激光陀螺的信号中伴随着大量的噪声。国内外学者针对激光陀螺信号降噪开展了广泛的研究，提出了包括采用频域滤波器、小波分析、前向预测方法等一系列信号的降噪处理方式。但是频域滤波器的设计带宽单一，小波降噪技术进行噪声抑制的效果依赖于对小波基、分解层数以及阈值估计方法，前向预测滤噪依赖于滤波器的阶数。基于现有技术存在的限制，有必要寻找一种新的方法来抑制噪声对采样信号的干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪方法和系统，引入排列熵提取出噪声混叠分量，通过前向预测滤波算法对提出的分量进行滤波，并将信号进行重构，可以获得极好的降噪效果。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺混合降噪方法，包括：

使用改进CEEMDAN方法对激光陀螺输出信号序列进行信号分解，获得频率从高到低进行排序的IMF分量和一个残差序列；

选择噪声混叠的IMF分量；

对选取的噪声混叠的IMF分量进行滤波处理，得到滤波后的信号；

叠加所有滤波后的信号、未选择的IMF分量以及残差序列，重构得到降噪后的信号。

进一步的，所述使用改进CEEMDAN方法对激光陀螺输出信号序列进行信号分解，获得信号分解后的所有IMF分量和一个残差序列，包括：

将高斯白噪声序列v(n)进行EMD分解，得到k个分解后的分量v

对k个加噪后的信号序列y

计算第一次分解后的余项r

将分量v

获得信号序列y

计算第二次分解后的余项r

计算每一次分解后的余项并将每一层的余项继续进行分解，直至余项无法分解为止：

r

其中，r

进一步的，所述选择噪声混叠的IMF分量，包括：

求得所有IMF分量和残差序列的排列熵，并求得所有排列熵的均值，选出所有排列熵大于均值的IMF分量作为噪声混叠的IMF分量。

进一步的，所述对选取的噪声混叠的IMF分量进行滤波处理的步骤，具体为通过前向预测滤波算法对选取的噪声混叠的IMF分量进行滤波处理。

第二方面，一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺混合降噪系统，包括：

信号分解模块，用于使用改进CEEMDAN方法对激光陀螺输出信号序列进行信号分解，获得信号分解后的所有IMF分量和一个残差序列，并将所有的分解得到的信号按照频率从高到低进行排序；

分量选择模块，用于选择噪声混叠的IMF分量；

滤波模块，用于对选取的噪声混叠的IMF分量进行滤波处理，得到滤波后的信号；

信号叠加模块，用于叠加所有滤波后的信号、未选择的IMF分量以及残差序列，重构得到降噪后的信号。

第三方面，一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实施第一方面所述的激光陀螺信号降噪方法。

第四方面，一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实施第一方面所述的激光陀螺信号降噪方法。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪方法，引入加权排列熵提取出噪声混叠分量，通过前向预测滤波算法对提出的分量进行滤波，并将信号进行重构，可以获得极好的降噪效果。

附图说明

图1为本发明提供的激光陀螺信号降噪方法的流程图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供了一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1，以激光陀螺输出信号作为原始输入信号。使用改进CEEMDAN方法对激光陀螺输出信号序列进行信号分解，获得信号分解后的所有IMF分量和一个残差序列，并将所有的分解得到的信号按照频率从高到低进行排序。

使用改进CEEMDAN方法对激光陀螺输出信号序列进行信号分解，具体步骤如下：

1)定义算子E

2)将高斯白噪声序列v(n)进行EMD分解，得到k个分解后的分量v

y

对k个加噪后的信号序列y

定义信号序列y

计算第一次分解后的余项

r

3)将分量v

r

按照下式获得第二层分量IMF

计算第二次分解后的余项

r

4)计算每一次分解后的余项，表达式为

r

并将每一层的余项继续进行分解

以此类推，重复以上计算过程，直至余项无法分解为止。

S2，确定所有IMF分量和残差序列的加权排列熵，求得所有加权排列熵的均值，选出所有加权排列熵大于均值的IMF分量作为噪声混叠的IMF分量。

S3，通过前向预测滤波算法对所选择的IMF分量进行滤波处理,得到滤波后的信号，表示为IMF

S4，叠加所有滤波后的信号IMF

根据本发明的第二方面，提供了一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪装置，包括：

信号分解模块，用于使用改进CEEMDAN方法对激光陀螺输出信号序列进行信号分解，获得信号分解后的所有IMF分量和一个残差序列，并将所有的分解得到的信号按照频率从高到低进行排序；

分量选择模块，用于选择噪声混叠的IMF分量；

滤波模块，用于对选取的噪声混叠的IMF分量进行滤波处理，得到滤波后的信号；

信号叠加模块，用于叠加所有滤波后的信号、未选择的IMF分量以及残差序列，重构得到降噪后的信号。

根据本发明的第三方面，提供了一种基于改进CEEMDAN的激光陀螺信号降噪设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实施第一方面所述的激光陀螺信号降噪方法。

根据本发明的第四方面，一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实施第一方面所述的激光陀螺信号降噪方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置、设备和可读存储介质的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的装置、设备和可读存储介质技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。