基于小波熵的微弱磁异常信号降噪处理.pdf

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1、第35卷第4期光学仪器V01．35，No．42013年8月OPTICALINSTRUMENTSAugust，2013文章编号：1005—5630(2013)04—0012—05基于小波熵的微弱磁异常信号降噪处理周围(东北石油大学电子科学学院，黑龙江大庆163318)*摘要：针对地下磁性掩埋物检测时，磁异常信号信噪比低的问题，提出基于小波熵的微弱磁异常信号降噪方法。小波变换对弱磁异常信号进行提取的关键在于确定小波系数的阈值。为此，引入反映信号能量分布特性的小波熵概念和一个调节因子，最终确定阈值，利

2、用软阈值方法处理高频系数。通过计算机仿真对算法进行了检验。结果表明：该算法可以有效地提高信噪比，还原原始信号。关键词：磁异常探测；微弱信号；小波熵；降噪中图分类号：O441．4文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2013．04．003DenoisingofweakmagneticanomalysignalbasedonwaveletentropyZHOUV％i(CollegeofElectronicsScience，NortheastPetroleumUniv

3、ersity，Daqing163318，China)Abstract：AdenoisingmethodbasedonwaveletentropyispresentedtosolvetheproblemoflOWSNRindetectingmagneticanomalysignalofthehiddenferromagneticobjects．Thekeyinextractingweakmagneticanomalysignalwithwavelettransformistodetermineth

4、ethresholdofwaveletcoefficients．Therefore，theconceptofwaveletentropyandacoefficientthatreflectsthecharacteristicofsignalenergydistributionisintroducedtodeterminethethreshold，afterwards，thesoft-thresholdmethodisusedtoestimatethethresholdofhigh-frequen

5、cycoefficients．TheproposedmethodiSverifiedbysimulationoncomputer．TheresultsshowthatthismethodiseffectivetoimprovetheSNRandrecovertheoriginalsignal．Keywords：magneticanomaly；weaksignal；waveletentropy；denoise引言磁性掩埋物引起的地磁异常信号是地下物体探测的重要信号源。磁异常探测方法是通过检测磁异常

6、信号进行地下掩埋物检测的，属于被动测量，故其简单方便，应用广泛。但在实际探测中，有效磁异常信号通常会被噪声掩埋，直接从时域波形中很难检测到微弱的有效磁异常信号。针对这一问题，本文提出了小波熵的微弱磁异常信号降噪算法，并对算法的有效性进行了检验。1小波熵理论1．1小波变换小波变换是一个时间和尺度上的局部变换，因而能有效的从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对信号进行多尺度分析n2

7、。对信号厂一z(￡)作3层小波分解的示意图如图1所示。’收稿日期：2012—12—10作者简介：周围(1980一

8、)，女，黑龙江大庆人，讲师，硕士，主要从事传感测试技术及磁驱动形状记忆合金薄膜等方面的研究。第4期周围：基于小波熵的微弱磁异常信号降噪处理·13·采用Mallat算法进行离散小波变换的计算，其迭代公式如下：Co,k一{k扣一暑帆舴zz(1)^∈z、一7ldj，。一∑午¨go。。式中：k=O，1，2，⋯，N一1；^为信号离散采样数据；N为离图13层小波分解示意图散采样点数；Cj，^和d川分别表示第J层分解的低频系数和高Fig．1Schematicdiagramofthree-layer频系数；矗。

9、和g。为小波分解的低通滤波器和高通滤波器。waveletdecomposition1．2小波熵熵表示每个符号所提供的平均信息量和信号源的平局不确定性，信号熵值的大小反映了概率分布的均匀性，最大熵代表最大的不确定性[3]。把小波变换系数矩阵处理成一个概率分布序列，所得熵值就反映了这个系数矩阵的稀疏程度，也就是信号概率分布的有序程度，这种熵称作小波熵。计算小波熵的方法为[4]：(1)根据小波变换的框架理论，定义单一尺度下的小波能量为该尺度下小波系数的平方和：E一㈦I2一∑ldj(愚)I2歹一1，2，