【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号处理，涉及一种基于改进自适应小波阈值法的海底电磁噪声抑制方法。
技术介绍
1、中国海洋面积广大，资源丰盛，海底的地质结构类型五花八门。随着对海洋的深入研究，各类水下探测技术正在日益提升，对于多物理场探测的需求也在一直增大。现有发展良好的水下探测方法主要包括声学、光学、和电磁探测等。水下的电磁探测技术准确度高、稳定性强，且相对不受水文天气的影响，因此在某些特定环境中的作用无可替代。尽管如此，海洋运动产生的电磁噪声与水下探测电磁信号在某些频率范围内会有所交叠，这也是导致水下电磁探测信噪比降低的主要原因。因此需采用合适的去噪方法，去除海底电磁噪声。
2、在海洋大地电磁法(magnetotelluric，mt)中海水活动感应电磁噪声的抑制方面，现有技术中通常把噪声源假设为低频噪声或高斯白噪声，没有将海洋动态环境因素纳入考量。此外，海流运动产生的电磁噪声是非平稳信号，其幅度和周期特性会随时间改变，因此在抑制复杂海洋电磁噪声时，频域滤波或时域滤波的方法效果通常并不理想。
3、近些年来的现有技术中提出了硬阈值法与软阈值法，硬阈值函数有利于更好地保持原始信号的峰值特性，但利用硬阈值函数处理会造成信号在阈值处的不连续性，在信号重建过程中可能会引发振荡；软阈值函数则针对这一点进行了改进，软阈值函数的表达式如下所示：
4、
5、软阈值函数在阈值thr处是连续且平滑的，因此对信号能够达到更佳的增强效果，但由于和wj,k之间有固定误差，原始信号的突变特性可能会遗失，这会导致重构信号的信噪比
6、针对这两种传统小波阈值去噪方法各自存在的缺点，亟需设计一种抑制海底复杂的电磁噪声的方法，使其既能实现小波系数的平滑过渡，又能提高重构信号的信噪比。
技术实现思路
1、针对传统硬阈值和软阈值法的缺点，本专利技术设计了一种基于改进自适应小波阈值的海底电磁噪声抑制方法，用于抑制海底复杂的电磁噪声。这种方法能根据实际信号自适应调整阈值函数的软硬程度，在确保信号信噪比的前提下，也能保留信号的细节部分，从而得到平滑过渡的去噪信号。
2、一种基于改进自适应小波阈值法的海底电磁噪声抑制方法，包括以下步骤：
3、s1：根据获取的噪声信号，选取小波基函数；
4、s2：基于传统的硬阈值法和软阈值法，设计改进自适应阈值函数；
5、s3：利用小波基函数对噪声信号进行多尺度小波分解，提取各频带小波系数，利用改进自适应阈值函数处理不同尺度的小波系数，保留大于最优阈值的小波系数并将小于最优阈值的小波系数置零；
6、s4：对保留的小波系数进行小波重构，得到去噪后的重构信号。
7、进一步地，步骤s1中，小波基函数的选择原则为，需要具备正交性、对称性、紧支性以及消失矩。
8、进一步地，改进自适应阈值函数的表达式为：
9、
10、其中，η(ωj,k,th,m)表示改进自适应阈值函数，ωj,k表示去噪前的小波系数，j表示小波系数的尺度，k表示小波系数的位置，th为阈值，m为大于等于1的连续实数，thm表示阈值的m次幂，|ωj,k|m+1表示小波系数绝对值的m+1次幂，|ωj,k|m-1表示小波系数绝对值的m-1次幂，通过选取不同的m可以实现阈值的自适应变化。
11、进一步地，步骤s3中，最优阈值通过sure计算获得：
12、
13、其中，rs(t)为阈值的无偏差估计，t表示时间，为改进自适应阈值函数，y是含噪声数据，y＝x+n，x表示电磁信号，n表示噪声信号；n为含噪声数据的维度，yi为含噪声数据的第i个向量分量，gi表示对应向量分量yi的映射函数；
14、当rs(t)取最小值时，得到最优阈值。
15、进一步地，步骤s4中，小波重构公式为：
16、
17、其中，x(t)表示重构后的信号，t表示时间，cj表示尺度为j的小波系数，ψj,k(t)表示尺度为j，平移为k的小波基函数，dj表示尺度为j的尺度系数，φ(t)表示尺度基函数。
18、一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法。
19、一种基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法。
20、本专利技术的有益效果为：本专利技术根据获取的噪声信号，选取小波基函数；基于传统的硬阈值法和软阈值法，设计改进自适应阈值函数；对噪声信号进行多尺度小波分解，提取各频带小波系数，利用改进自适应阈值函数处理不同尺度的小波系数，保留大于最优阈值的小波系数并将小于最优阈值的小波系数置零；对保留的小波系数进行小波重构，得到去噪后的重构信号。本专利技术可以通过调整阈值函数，达到既能消除信号噪声的同时又能保留信号细节系数的效果，克服了传统硬阈值法不连续、软阈值法处理信号信噪比低且均方误差较大的缺点，可以更有效抑制海底电磁噪声。
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1.一种基于改进自适应小波阈值法的海底电磁噪声抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，步骤S1中，小波基函数的选择原则为，需要具备正交性、对称性、紧支性以及消失矩。
3.如权利要求1所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，步骤S2中，改进自适应阈值函数的表达式为：
4.如权利要求1所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，自适应阈值函数可以根据不同区域的小波系数对其分别进行灵活处理，还包括收缩处理，对小波系数进行收缩处理的区域称为临界区；临界区的小波变换系数由信号和噪声组成，凭借控制临界区大小能够调整噪声的去除比例，从而达到降低噪声的同时尽量保留信号细节成分的目的。
5.如权利要求1所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，步骤S3中，最优阈值通过SURE计算获得：
6.如权利要求1所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，步骤S4中，小波重构公式为：
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1.一种基于改进自适应小波阈值法的海底电磁噪声抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，步骤s1中，小波基函数的选择原则为，需要具备正交性、对称性、紧支性以及消失矩。
3.如权利要求1所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，步骤s2中，改进自适应阈值函数的表达式为：
4.如权利要求1所述的基于改进自适应小波阈值法的海底噪声抑制方法，其特征在于，自适应阈值函数可以根据不同区域的小波系数对其分别进行灵活处理，还包括收缩处理，对小波系数进行收缩处理的区域称为临界区；临界区的小波变换系数由信号和噪声组成，凭借控制临界区大小能够调整噪声的去除比例，...
【专利技术属性】
技术研发人员：程泽麒，赵恩金，姜逢源，朱岿，卢洪超，陈新，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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