'n Nuwe gesamentlike denoising-algoritme van MMS-vektorhidrofoon

Inleiding

In oseaanverkenning, deur die ontleding en verwerking van die sein wat deur die hidrofoon ontvang word, kan die teikenkategorie van die klankbron en sy verwante hoek, posisie en ander toestandparameters verkry word. Verskillende geluide en steurings sal egter onvermydelik in die hidrofoon gemeng word tydens data-insameling. Daarom, om die sein verder op te spoor, te identifiseer en op te spoor, moet die invloed van hierdie geraasinterferensie so veel as moontlik uitgeskakel word. Daar is baie hoofalgoritmes vir onderwater akoestiese transducer sein denoising: tradisionele Fourier filter metode, wavelet transform metode en empiriese modus ontbinding metode. Hierdie algoritmes sal almal 'n sekere denoiserende effek hê op raserige seine, maar hulle het ook 'n paar tekortkominge. Tradisionele wavelet denoising het probleme in hoe om wavelet basisse te kies en die aantal ontbindingsvlakke. 'n Seinverwerkingsalgoritme, empiriese modus ontbinding, word voorgestel. Hierdie algoritme hoef nie die basisfunksie te stel nie, maar dit sal modale aliasing produseer, wat sal veroorsaak dat die twee aangrensende intrinsieke modale funksie-golfvorms gealias word tydens herkonstruering. Daar is nog baie geraas ingemeng. U et al. het 'n kollektiewe empiriese modus algoritme hiervoor voorgestel, wat bykomende wit geraas byvoeg om die invloed van modale aliasing te verminder, maar dit kan nie waarborg dat die wit geraas wat in die ontbindingsproses bekendgestel word, P1 heeltemal kan uitskakel nie. Variasionele modale ontbinding is 'n nuwe modale ontbinding algoritme. Die algoritme realiseer die effektiewe skeiding van die inherente modale funksies deur die frekwensiesentrum en bandwydte van elke inherente modale funksie te bepaal [het 'n soliede teoretiese fondasie en kan die probleem van modale aliasing beter oplos. Volgens die teorie van die VMD-algoritme moet die aantal modale komponente fc en die straftermfaktor% van die VMD-ontbinding vooraf gestel word voordat die VMD-ontbinding op die oorspronklike denoising-sein gebruik word. Die waarde van fc en die waarde van 'waarde hou direk verband met die finale ontbindingsresultaat. As die waarde van c te klein is, sal die seinontbinding onvoldoende wees. As die waarde te groot is, sal valse seinkomponente gegenereer word, wat inmenging in die ontleding van die nuttige komponente van die oorspronklike sein sal veroorsaak. As a te groot is, sal die bandwydte van die modaal kleiner wees, as 'n teendeel kleiner is, sal 'n bandwydte van die modaal kleiner wees, die modaal van Daarom is die bepaling van die waarde en speel 'n belangrike rol in die VMD-algoritme, maar die meeste van die parameters van die VMD-algoritme word gestel op grond van menslike ervaring as 'n vergelyking. algoritme, en vind die optimale som om die doel van geraasvermindering te bereik.

 

2 Basiese beginsels. Die beginsel van VM D is 'n nie-rekursiewe aanpasbare algoritme vir seinverwerking. Bandwydte-beperkte variasieprobleem wat ooreenstem met V MD-algoritme

 

 

Sinus cosinus algoritme

Sinus en Cosinus-algoritme) is 'n nuwe tipe swerm-intelligensie-optimaliseringsalgoritme van onderwater hidrofoon omskakelaar . Wanneer die SCA-algoritme gebruik word om na optimalisering te soek, kan dit in twee prosesse verdeel word. Die eerste is 'n verkenningsproses. Die optimaliseringsalgoritme verken vinnig die haalbare gebied in die soekruimte deur 'n ewekansige oplossing tussen alle ewekansige oplossings te kombineer, en die tweede is 'n parallelle proses. , Die ewekansige oplossing verander geleidelik, en sy veranderingspoed is laer as die spoed van die eksplorasieproses, dus die spesifieke opdatering daarvan.

 

Partikel swerm algoritme

 

Deeltjie swerm algoritme (is 'n swerm intelligensie optimalisering algoritme. In die PSO algoritme word die rigting en afstand van die deeltjie beweging bepaal deur die spoed van die deeltjie, en die dinamiese aanpassing van die deeltjie spoed word uitgevoer op grond van die bewegingservaring van homself en ander deeltjies. Op hierdie manier word die optimalisering van die deeltjie sodanig gerealiseer dat die spoed in die deeltjie in die oplosbare spoed in elke ruimte verwerk word. posisie van die partikel word opgedateer deur die individuele ekstremum en die globale ekstremum In die formule is dit die rde iterasie in die d-dimensie is die individuele optimale waarde van die i-dimensie in die i-dimensie tweede iterasie?: die posisie van die partikel in die d-dimensie w is die traagheidsgewig C1 en C2 is die versnellingsfaktore, wat nie-negatiewe konstantes tussen 0 is;

 

Beginsel van Wavelet Sagte Drempel-denoising

Die beginsel van golf sagte drumpel denoising: Eerstens, die raserige sein word ortogonaal ontbind, en die golf koëffisiënte word verkry na ontbinding? Stel dan 'n drempel A en vergelyk. As die grootte van tien en A, word die koëffisiënt hoofsaaklik deur geraas geproduseer; as die koëffisiënt hoofsaaklik deur die sein geproduseer word. Laastens word die omgekeerde golftransformasie op die golfkoëffisiënte uitgevoer om die seinoorlogvoering te verkry na denoising. Die skattingsformule van die sagte drempel.

 

Die SCA-PSO-VMD-WT-algoritme wat in hierdie vraestel voorgestel word, is gebaseer op die analise en teoretiese basis. Hierdie vraestel stel die SCA-PSO-VMD-WT-algoritme vir geraasvermindering voor. Die raserige sein word deur V MD ontbind om die modale komponent te verkry, en of die modale komponent 'n geraaskomponent is, word bepaal, en die raserige modale komponent word gekies vir wavelet-drempel-deruising, en dan word die sein gerekonstrueer deur waterstofskeiding om die geraasde sein te verkry. Die wortel gemiddelde kwadraatfout (RMSE.) van die gerekonstrueerde sein word geneem as die fiksheidsfunksie van SC AP SO om die optimale fc en a te vind om die doel van geraasvermindering te bereik. Die voorgestelde SCA-P SO-VM D-WT Die algoritme geraasvermindering word hoofsaaklik in W-stappe verdeel: stel die spelmetodeparameter f, die maksimum aantal iterasies word op 30 gestel, die bevolkingsgetal word op 20.2 inisialiseringsposisie en spoed gestel. In hierdie vraestel word die VMD-parameters ft en a as die posisievektor van die algoritme gebruik. Dateer die posisie en snelheid goed op om die fiksheidsfunksiewaarde te bereken. Gebruik die formule om die posisie op te dateer, gebruik die formule om die spoed op te dateer, en voer die optimale en globale optimale fiksheidsfunksiewaardes uit.

 

 

Simulasie-eksperiment

Die sagteware wat in die eksperiment in hierdie vraestel gebruik word, is Matlab R20 14 Die simulasiesein is sj jM 0 sinne. Om die simulasie-eksperiment meer realisties te maak, word ewekansige geraas by die simulasiesein gevoeg. rtr r—In oseaaneksplorasie is die geraasintensiteit van akoestiese seine onder water veranderlik as gevolg van die invloed van oseaniese oseanografie en menslike aktiwiteite. Om hierdie situasie te simuleer, sal hierdie artikel byvoeg-l, Gaussiese wit geraas, die evalueringsaanwysers van die denoiserende effek in hierdie vraestel is wortel gemiddelde kwadraat fout (RMSE) en sein-tot-geraas verhouding (SNHJ. ter vergelyking, terselfdertyd.

 

Algoritme

 

Die algoritme en die denoising-resultaat van die algoritme. Figuur 1 toon die oorspronklike sein en die raserige sein onder verskillende desibels. Figuur. Die denoising-effekte van verskillende denoising-algoritmes. Tabel 1 toon die vergelyking van denoising-evaluasie-indekse.

 

Deur Figuur 1 met Figuur 2-Figuur 6 te vergelyk, word gevind dat die vier algoritmes die Gaussiese en wit geraas effektief in die raserige sein onder verskillende desibels kan verwyder, maar die denoising effek van die VMD-WT denoising algoritme is swak, en die VMD- Die WT denoising denoising denoising metode is om die thresholding te verrig. sein deur VMD, wat toon dat die keuse van VMD-parameters vir A: en a 'n baie duidelike effek het op f-sein wat fi; in vergelyking met die VMD-WT denoising algoritme, Die denoising effekte van die PSO-VMD-WT en SCA-VMD-WT algoritmes is tot 'n sekere mate verbeter, maar uit Tabel 1 kan gesien word dat die SCA-PSO-VMD-WT denoising algoritme in SNR en RMS gebruik word. E het beter resultate. .

 

 

 Meting

Die werklike metingseksperiment van die MEMS-vektorhidrofoon is uitgevoer deur navorsers van die Sleutellaboratorium van die Noord-Universiteit van China in Fenhe Second Reservoir. Die hidrofoon ST is op die wal vasgemaak, die transducer is op die sleepboot geplaas, en die afstand tussen die sleepboot en die skikking is geleidelik vergroot, kies verskillende posisies om geanker te bly, gebruik die transducer om die sein uit te stuur, en voer dan data-insameling uit. Hierdie eksperiment onderskep die seine van 8 000 HZ en 1 0000 HZ by 1 000 punte om ruisonderdrukking te verkry. Die vorige gemete sein. Figuur 7 en Figuur 8 is die gemete seine en hul frekwensiespektrums van 800 Hz en 1000 Hz, onderskeidelik, en die denoiserende sein en hul frekwensiespektrums.

As jy Fig. 7 waarneem, word bevind dat: die insetsein van 80 Hz minder hoëfrekwensiegeraas het, en die golfvorm is glad na verligting. Die denoising effek van hierdie algoritme is goed. Deur Fig. 8 waar te neem, word gevind dat die insetsein van HZ meer spektrale brame het, wat aandui dat Geraas T. Die geraas is groot, die basiese kenmerke van die klankbronsein word behou na die ruising, en die ruisende effek van hierdie algoritme is goed. .

 

 

ten slotte

Met die oog op die probleem van ewekansige geraas in die sein van die onderwater akoestiese sensor , hierdie vraestel stel die SC AP SO-V MD-WT denoising metode voor. In die simulasie-eksperiment, deur die evalueringsaanwysers van die VMD-WT-, PSO-VMD-WT- en SCA-VMD-WT-algoritmes onder verskillende desibels te vergelyk, word gevind dat die SCA-PSO-VMD-WT wat in hierdie vraestel voorgestel word Uitstekende geraasalgoritme: PVMD-WT , PSO-VMD-TWMD- en SCA-PSO-VMD-WMS. Daarom kan die SCA-PSO-VMD-WT denoising-algoritme wat in hierdie vraestel voorgestel word, gebruik word om die gemete seindata te denoiseer. Die resultate toon dat: Die denoiserende effek van die SCA-PSO-VMD-WT algoritme duidelik is, wat aandui dat die metode wat in hierdie vraestel voorgestel word, 'n denoiserende effek het. Het 'n sekere verwysing.