[发明专利]微弱信号数据增强方法

说明书

本发明公开的一种微弱信号数据增强方法，数据采集精度高、抗干扰能力强。本发明通过下述技术方案实现：在数据增强模型中，原始信号数据通过变分自编码模块指定具体特征生成初步增强信号；将原始信号数据的概率分布密度，编码映射到一个隐变量样本空间中，计算出其隐变量样本的均值和方差；生成网络从已知服从似然分布数据中随机采样，获取隐变量，计算出服从高斯分布初步增强信号；生成对抗模块采用生成器对初步增强信号进行增量生成，得到最优生成器与判别器，生成器根据变分自编码模块输出的初步增强信号生成最终增强信号数据，然后利用训练好的网络生成增强的高信噪比信号，输出真实信号的概率，用于生成器的迭代训练，输出增强信号数据。

技术领域

本发明涉信号数据处理领域，具体涉及微弱信号数据增强方法。

背景技术

近年来，越来越多的GPS产品应用到人们的生活中，但是在高楼密集区、室内以及森林等恶劣环境下，GPS信号会因被遮挡或反射而衰减严重，其载噪比通常会低于36dB-Hz，因此一般的GPS接收机就难以捕获或跟踪到这种微弱信号。微弱信号检测是随着工程应用而不断发展的一门学科，是利用电子学、信息论和物理的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，采用一系列信号处理的方法，检测被噪声背景淹没的微弱信号。强噪声背景下微弱信号处理是现代信号处理技术中的一项综合技术和尖端领域，运用这种技术使得微弱量(如弱光、小位移、微振动、弱声及微电流等)的检测成为可能。微电子领域的两大难点在于高频信号和微弱信号的处理。微弱信号是指深埋在背景噪声中的极其微弱的有用信号。主要指声信号、光信号或电信号等消息强度低，既小又弱，不易被接收、感觉到或设备接收。微弱：一般幅值小，但其实是相对噪声及干扰。通常把由于材料或器件(内部电路器件)的物理原因产生的扰动称为噪声，频谱分布一般比较宽。广义噪声就是扰乱或者干扰有用信号的某种不期望有的扰动。把来自外部(人为或者自然)的扰动称为干扰，往往有一定的规律性和途径，可以减少或消除。噪声虽然无用，但是它时刻不在，是躲不过，难以回避，需要面对的。众所周知，信号噪声可转换确知信号。确知信号能够以确定的时间函数表示的信号，但有些小信号处理起来不方便，可能会造成最终结果的不确定性。确知信号在定义域内任意时刻都有确定的函数值。例如电路中的正弦信号和各种形状周期信号等。但随机信号在事件发生之前无法预知信号的取值，即写不出明确的数学表达式，通常只知道它取某一数值的概率，具有随机性。例如，半导体载流子随机运动所产生的噪声和从目标反射回来的雷达信号(其出现的时间与强度是随机的)等都是随机信号。所有的实际信号在一定程度上都是随机信号。微弱信号检测放大的关键在于抑制噪声恢复、增强和提取有用信号即提高其信噪改善比SNR。造成信噪比低的原因,一方面是因为特征信号本身十分微弱；另一方面是因为强噪声干扰使得信噪比降低。如在机械设备处于故障早期阶段时,往往以某种方式与其它信源信号混合的故障对应的各类特征信号,使得特征信号相当微弱；在设备在工作时,又有强噪声干扰。因此,特征信号基本为低信噪比的微弱信号。