[发明专利]一种基于高斯分布加权的噪声抑制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及噪声处理技术领域，特别涉及一种基于高斯分布加权的噪声抑制方法及装置。

背景技术

信号滤波技术是信号处理领域的核心研究课题。信号滤波方法分为线性滤波和非线性滤波。在早期数字信号与图像信号处理与研究中，线性滤波技术是抑制噪声的主要手段，这主要由于线性滤波方式具有适当的数学表达形式且容易设计并实现。当线性滤波技术应用于非叠加性噪声信号时，其结果往往不甚满意。信号在采集、传输过程中不可避免受到不同程度的噪声干扰，有时甚至产生冲击信号。此时，需要对信号进行适当的处理，以消除冲击及其噪声成分。当采用线性滤波技术进行滤波时其效果往往差强人意，并不能够获得理想的效果。

中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术。对于信号而言，其对邻域内的数据进行排序，采用邻域内的中间值作为当前值。该方法可以有效抑制冲击性噪声，但滤波后导致信号不够光滑。

均值滤波是基于信号局部统计信息对信号进行滤波线性滤波器，相当于一个低通滤波器。该方法算法编制方便，执行速度快，该方法在实现信号平滑抑制噪声的同时，容易模糊信号的细节。

粒子滤波是通过寻找一组在状态空间传播的随机样本对概率密度函数进行近似，以样本均值代替积分运算，从而获得最小方差分布的过程。粒子滤波能够比较准确的表达基于观测量和控制量的后验概率分布。但其主要问题是需要大量的样本数量才能很好的近似系统的后验概率函数。另外由于算法采用重采样技术，这会造成样本有效性和多样性的损失，导致样本贫化现象。

常用的其它滤波器还包括指数滤波、形态滤波、加权滤波等非线性滤波器。这些滤波算法均适用于不同的方面，各有其优劣。针对水电机组状态监测领域内信号采集过程中发生的噪声干扰，甚至是冲击干扰，一直以来尚未有很好的解决方案，造成水电机组振摆保护系统未能完全投用等系列问题。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提出一种基于高斯分布加权的噪声抑制方法及装置，实现含高斯噪声甚至是冲击成分噪声的抑制，使所获得的信号更加真实。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于高斯分布加权的噪声抑制方法，包括：

确定滤波器的局域半径；

根据所述滤波器的局域半径确定滤波器的窗口长度，并确定滤波器的窗口内离散信号；

根据所述滤波器的窗口内离散信号确定当前局域半径对应的均值与方差；

利用所述均值与方差确定滤波器的窗口内离散信号的高斯函数；

利用所述高斯函数确定滤波器的窗口内每个离散信号对应的高斯函数值，并对获得的高斯函数值求和；

利用滤波器的窗口内每个离散信号对应的高斯函数值以及高斯函数值的和确定滤波器的窗口内每个离散信号对应的权重值；

所述滤波器利用权重值对窗口中心的离散信号进行噪声抑制处理。

优选地，所述确定滤波器的局域半径的步骤包括：

当数据索引值i小于最优局域半径时，则滤波器的局域半径等于数据索引值i；

当数据索引值i大于等于最优局域半径，且数据索引值i小于离散信号的个数减去最优局域半径时，则，滤波器的局域半径等于最优局域半径；

否则，滤波器的局域半径等于离散信号的个数减去当前数据索引值再减1。

优选地，所述滤波器的窗口长度等于两倍的所述滤波器的局域半径再加1。

优选地，所述滤波器利用权重值对窗口中心的离散信号进行噪声抑制处理的步骤包括：

所述滤波器将窗口内的离散信号与对应的权重值进行点积运算，该运算结果是滤波器对当前值的噪声抑制结果输出。

优选地，所述最优局域半径获取步骤包括：

对仿真信号加入噪声；

对加入噪声后的仿真信号进行噪声抑制处理，获得消噪信号；

获得当前半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差；

对当前半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差与上一半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差进行比较；如果当前半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差大于等于上一半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差，则当前半径为最优局域半径；否则，下一半径作为当前半径，当前半径作为上一半径，比较当前半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差与上一半径所对应的仿真信号与消噪信号之间的均方误差，直至获得最优局域半径。

对应地，为实现上述目的，本发明还提供了一种基于高斯分布加权的噪声抑制装置，包括：

局域半径确定单元，用于确定滤波器的局域半径；