基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：利用微分相干累積算法捕獲微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號；應(yīng)用提升小波分解對微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號進(jìn)行分析；應(yīng)用信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索算法對提升小波去噪中的雙閾值選擇進(jìn)行優(yōu)化；利用最優(yōu)化的雙閾值對捕獲的微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號進(jìn)行后處理。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，通過微分相干累積算法捕獲微弱GNSS信號，應(yīng)用信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索優(yōu)化的提升小波雙域值去噪方法對獲取的微弱GNSS信號進(jìn)行后處理，實(shí)現(xiàn)了較低的計(jì)算時(shí)間成本和較高的準(zhǔn)確度，提高了信號輸出的信噪比。
【專利說明】基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微弱信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的 提升小波雙域值去噪算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，為了獲得更精確的導(dǎo)航信息，比如高度、速度和位置，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，并在車載導(dǎo)航、個(gè)人手持終端及多種民用領(lǐng)域都扮演 著非常重要的角色。然而，在比較惡劣的環(huán)境下，比如鄉(xiāng)村、森林、峽谷及室內(nèi)環(huán)境，由于傳 播損耗和多徑衰落的原因使得接收到的信號的信噪比非常低，與開放的環(huán)境相比，信號會 產(chǎn)生15dB_20dB的衰減。另外，導(dǎo)航衛(wèi)星微弱信號的功率遠(yuǎn)低于一般接收機(jī)工作功率的適 用范圍。因此，傳統(tǒng)的GNSS信號接收機(jī)在高要求的環(huán)境下并不能捕獲GPS信號，更不用說 跟蹤和定位了。綜上所述，需要更多地關(guān)注微弱GNSS信號的捕獲，且接收機(jī)在捕獲振幅較 低的且嵌入在噪聲中的微弱信號方面要求足夠靈敏，同時(shí)，累積時(shí)間、較高的信噪比以及 靈敏度的提升都是需要研究和關(guān)注的方向。
[0003] 微弱信號測量的方法不同于一般信號的檢測，傳統(tǒng)的信號檢測方法一般關(guān)注于噪 聲的降低和信噪比的提高。但在處理微弱信號時(shí)，這些常規(guī)方法往往失效，因?yàn)槌Ｒ?guī)方法不 能有效地提高被噪聲腐蝕的微弱信號的信噪比，且在傳統(tǒng)的信號放大的過程中，微弱信號 極易扭曲變形。另外，一些傳統(tǒng)的微弱信號獲取的方法（比如低頻相位敏感濾波器）需要 一些有關(guān)信號的特定的信息，比如相位、頻率等。因此，需要發(fā)明一些獲取微弱信號的新方 法并將其用于解決實(shí)際問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、精度高且時(shí)間成本 低的基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法。
[0005] 本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、利用微分相干累積算法捕獲微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號；
[0008] 步驟2、應(yīng)用提升小波分解對微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號進(jìn)行分析；
[0009] 步驟3、應(yīng)用信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索算法對提升小波去噪中的雙閾值選擇進(jìn)行 優(yōu)化；
[0010] 步驟4、利用最優(yōu)化的雙閾值對捕獲的微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號進(jìn)行后處理。
[0011] 而且，所述步驟1的實(shí)現(xiàn)方法為：通過微分相干累積獲取微弱信號，然后將累積結(jié) 果輸入小波去噪濾波器以發(fā)現(xiàn)其碼相位及多普勒頻移，從而完成捕獲過程。
[0012] 而且，所述步驟2的具體處理步驟為：
[0013] (1)分解步驟，將原始信號序列Sj根據(jù)奇偶性分解為兩個(gè)子部分一everVl和 oddj-i :
[0014] (oddj-D everij-J = Split (?)
[0015] (2)預(yù)測步驟，按下述預(yù)測機(jī)進(jìn)行預(yù)測：
[0016] dj-i = oddj-fP (everij-)
[0017] 其中，PGveiVi)是通過偶數(shù)項(xiàng)來預(yù)測奇數(shù)值，具體信息通過oddh與預(yù)測 PCeven^)之間誤差來表示；
[0018] (3)更新步驟，按下式更新均值：
[0019] Sji = everij-i+U (dj-i)。
[0020] 而且，所述步驟3的具體處理步驟為：
[0021] ⑴假定閾值上限和下限--Τ' min和Τ' _
[0022] ⑵將閾值優(yōu)化的初始區(qū)間設(shè)為[Tmin，Tmax]，將上限T max設(shè)為Tmax = 3 〇，其中σ被 估計(jì)為：σ?Mid/0. 6745,式中，Mid為分解層數(shù)最低時(shí)小波系數(shù)按數(shù)值排序后的中位數(shù)， 下限Tmin是第j層小波分解中除零以外最小系數(shù)的絕對值；
[0023] (3)在Τ' min和Τ' _之間產(chǎn)生一個(gè)候選解的子集，然后根據(jù)如下的適應(yīng)度函數(shù) 對其進(jìn)行排序：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法，其特征在于包括以 下步驟： 步驟1、利用微分相干累積算法捕獲微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號； 步驟2、應(yīng)用提升小波分解對微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號進(jìn)行分析； 步驟3、應(yīng)用信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索算法對提升小波去噪中的雙閾值選擇進(jìn)行優(yōu) 化； 步驟4、利用最優(yōu)化的雙閾值對捕獲的微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號進(jìn)行后處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法， 其特征在于：所述步驟1的實(shí)現(xiàn)方法為：通過微分相干累積獲取微弱信號，然后將累積結(jié)果 輸入小波去噪濾波器以發(fā)現(xiàn)其碼相位及多普勒頻移，從而完成捕獲過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法， 其特征在于：所述步驟2的具體處理步驟為： (1) 分解步驟，將原始信號序列h根據(jù)奇偶性分解為兩個(gè)子部分--eVerVl和Oddp1 : (oddj-"everij-i) =Split(Sj) (2) 預(yù)測步驟，按下述預(yù)測機(jī)進(jìn)行預(yù)測： dj-i = oddj-fP (everij-i) 其中，P(everVl)是通過偶數(shù)項(xiàng)來預(yù)測奇數(shù)值，具體信息Clp1通過Oddp1與預(yù)測PCevenhl)之間誤差來表示； (3) 更新步驟，按下式更新均值： Sj-1 - everij-i+U (dj-i)〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法， 其特征在于：所述步驟3的具體處理步驟為： (1) 假定閾值上限和下限--T' ^和" _ (2) 將閾值優(yōu)化的初始區(qū)間設(shè)為[Tmin，Tmax]，將上限Tmax設(shè)為Tmax = 3 〇，其中。被估 計(jì)為：?Mid/0. 6745,式中，Mid為分解層數(shù)最低時(shí)小波系數(shù)按數(shù)值排序后的中位數(shù)，下 限Tmin是第j層小波分解中除零以外最小系數(shù)的絕對值； (3) 在T' ^和" _之間產(chǎn)生一個(gè)候選解的子集，然后根據(jù)如下的適應(yīng)度函數(shù)對其 進(jìn)行排序：
其中，a為根據(jù)微弱全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號的強(qiáng)度信息選取的自適應(yīng)參數(shù)，fd為去噪 后的重構(gòu)信號，f為參考信號；
其中，〇 " (t)為信號的均方根值，cr"2為系統(tǒng)平均噪聲功率； (4) 按信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索法進(jìn)行搜索，對當(dāng)前解進(jìn)行修正得到可行解，如果移動 到其鄰近解并不優(yōu)于當(dāng)前的最優(yōu)解，則相鄰解將被接受；然后引入禁忌列表來避免循環(huán)； (5) 返回步驟（3)直到滿足停止準(zhǔn)則； (6) 利用如下公式計(jì)算最優(yōu)閾值： T，max =YljX10〇+y2JXIO^y3jX10_2+y4JXKT3 T、in =y5JX10〇+y6JXIOiy7jX10_2+y8JX10_3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于信號強(qiáng)度自適應(yīng)禁忌搜索的提升小波雙域值去噪算法， 其特征在于：所述步驟4的具體處理方法為：在最優(yōu)雙閾值[T'min，T' _]被確定后，第j 層小波分解中第k個(gè)小波系數(shù)Wu按下式處理：
【文檔編號】G01S19/21GK104267413SQ201410436400
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】劉崇華, 姜竹青, 王璐, 趙毅, 王宇鵬, 黃承愷, 王雪旸, 劉欣萌, 李超, 楊玉瑩 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京郵電大學(xué)