本申請屬于電力自動(dòng)化
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及電力信號(hào)的消噪處理領(lǐng)域，具體來說是一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的新型自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波方法。
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)中的信號(hào)可分為有用信號(hào)和非有用信號(hào)。有用信號(hào)通常包括工頻信號(hào)和頻率為100Hz、150Hz的信號(hào)和行波信號(hào)等，除此之外，其它各種噪聲均屬于非有用信號(hào)，統(tǒng)稱為噪聲干擾。噪聲干擾通過各種途徑侵入電力裝置會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)采集以及繼電保護(hù)造成諸多不良影響。為此,需要尋找一種能夠有效抑制各種隨機(jī)噪聲的濾波手段。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是由集合論和積分幾何發(fā)展而來的數(shù)學(xué)方法，自20世紀(jì)90年代末以來廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)信號(hào)處理，并已經(jīng)在信號(hào)消噪領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。形態(tài)學(xué)濾波器相比于傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器具有運(yùn)算速度更快、無非線性相移等優(yōu)點(diǎn)，在構(gòu)造形態(tài)學(xué)濾波器時(shí)需要綜合考慮形態(tài)變換的組合形式以及結(jié)構(gòu)元素的選取兩方面，而結(jié)構(gòu)元素又在各種形態(tài)變換中起著關(guān)鍵的作用，因此形態(tài)學(xué)濾波器的性能很大程度上依賴于結(jié)構(gòu)元素的選取。目前圍繞結(jié)構(gòu)元素的自適應(yīng)選取這一核心問題，在該
技術(shù)領(lǐng)域：
已出現(xiàn)了諸多形態(tài)濾波算法，各種算法構(gòu)成的形態(tài)濾波器具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。趙春暉等(趙春暉，孫圣和.一種形態(tài)開、閉自適應(yīng)加權(quán)組合濾波器[J].電子學(xué)報(bào)，1997，25(6)：109-111.)定義了廣義的形態(tài)開–閉和閉–開濾波器，并結(jié)合自適應(yīng)方法，提出了一種形態(tài)自適應(yīng)加權(quán)組合濾波器，該濾波器可有效抑制信號(hào)中的各種加性白噪聲和正負(fù)脈沖噪聲，但結(jié)構(gòu)元素長度的選取必須經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，且基于LMS算法所構(gòu)造的理想期望信號(hào)存在誤差。劉盼等(劉盼，王靜，劉滌塵.改進(jìn)的自適應(yīng)廣義形態(tài)濾波器設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009(2)：94-98.)在此基礎(chǔ)上對(duì)濾波器進(jìn)行了改進(jìn)，分別對(duì)開–閉和閉–開濾波器的輸出端經(jīng)過LMS算法調(diào)整輸出結(jié)果，濾波性能得以優(yōu)化然而在時(shí)效性上變差并且同樣存在構(gòu)造理想期望信號(hào)產(chǎn)生誤差的問題。程汪劉等(程汪劉,郭躍霞,王靜,等.快速傅里葉變換和廣義形態(tài)濾波器在抑制局部放電窄帶干擾中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(10):94-97.)將非線性形態(tài)濾波器應(yīng)用于抑制窄帶干擾的研究中，構(gòu)造了一種基于不同尺寸結(jié)構(gòu)元素的廣義形態(tài)濾波器。該方法通過選取適當(dāng)長度的結(jié)構(gòu)元素，可以較好地在頻域內(nèi)將窄帶干擾中的離散譜線濾除。王續(xù)東等(王續(xù)東,曲延濱.基于多級(jí)廣義自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波的電力信號(hào)消噪[J].電測與儀表,2014(11):45-49.)又設(shè)計(jì)了一種多級(jí)廣義開-閉和閉-開濾波器，通過采用尺寸逐漸增大的多個(gè)結(jié)構(gòu)元素對(duì)信號(hào)重復(fù)進(jìn)行開、閉或者閉、開的運(yùn)算，使濾波器能在保留信號(hào)細(xì)節(jié)信息的情況下盡可能的消除噪聲。多級(jí)結(jié)構(gòu)元素的使用能夠削弱當(dāng)結(jié)構(gòu)元素選取不適當(dāng)時(shí)對(duì)濾波結(jié)果的影響，然而并不能使濾波效果達(dá)到最優(yōu)。另外，郭景峰等(郭景峰，藺旭東.數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中結(jié)構(gòu)元素的分析研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2002，29(7)：113-115.)指出，對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的輸入信號(hào),傳統(tǒng)使用單一結(jié)構(gòu)元素的形態(tài)濾波器的濾波效果并不理想，因此應(yīng)考慮選擇一些組合形式的結(jié)構(gòu)元素,以適應(yīng)對(duì)輸入信號(hào)中各個(gè)不同形狀幾何特征的提取。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本申請的目的在于對(duì)形態(tài)學(xué)濾波中最優(yōu)結(jié)構(gòu)元素的自適應(yīng)選取進(jìn)行研究，提出一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的新型自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波方法。建立包含多種結(jié)構(gòu)元素的“元素庫”，融合兩種及以上的結(jié)構(gòu)元素作為基本濾波結(jié)構(gòu)元素，對(duì)輸入信號(hào)與擬輸出濾波信號(hào)之間的濾波誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定能夠使濾波效果達(dá)到最優(yōu)化的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度，之后根據(jù)濾波誤差極大值原理對(duì)組成復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的兩種元素的參數(shù)占比進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化，最終得到最優(yōu)濾波使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素。自適應(yīng)濾波器所用濾波算法簡單實(shí)用，不需要復(fù)雜的迭代運(yùn)算，在面向各種隨機(jī)噪聲時(shí)均能夠準(zhǔn)確地尋求到最優(yōu)結(jié)構(gòu)元素，消噪效果良好，在工程上具有良好的應(yīng)用前景。用于實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波方法，其特征在于：建立包含多種結(jié)構(gòu)元素的元素庫，選擇其中兩種結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行融合作為濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素，統(tǒng)計(jì)分析使用不同尺度的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行形態(tài)濾波得到的各次擬輸出濾波信號(hào)和輸入信號(hào)之間的濾波誤差，記錄使輸入-輸出之間濾波誤差值達(dá)到極大值對(duì)應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度，即為最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度。確定最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度之后，固定組成最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的兩種結(jié)構(gòu)元素的長度，調(diào)整二者的幅值比例，記錄使用不同幅值比例的最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行交替混合濾波所得到的輸入-輸出之間的濾波誤差值，根據(jù)濾波誤差極大值原理，確定最終最優(yōu)濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素中兩種基本結(jié)構(gòu)元素的幅值比例。本申請公開了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波方法，其特征在于，所述自適應(yīng)濾波方法包括如下步驟：步驟1：采集到含有噪聲干擾的輸入信號(hào)后，建立包含多種結(jié)構(gòu)元素在內(nèi)的元素庫，選擇其中兩種結(jié)構(gòu)元素得到濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素；設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的幅值備選序列ASE＝{A1,A2…Ap}，p為備選幅值個(gè)數(shù)；設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度備選序列LSE＝{L1,L2…Lq}，q為備選長度個(gè)數(shù)；步驟2：設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的初始尺度即初始幅值和初始長度，初始幅值和初始長度分別為A1和L1，使用該初始尺度作為復(fù)合結(jié)構(gòu)元素當(dāng)前選定尺度進(jìn)入步驟3對(duì)輸入信號(hào)即采樣信號(hào)進(jìn)行交替混合濾波；步驟3：在當(dāng)前選定尺度下對(duì)輸入信號(hào)即采樣信號(hào)進(jìn)行交替混合濾波，計(jì)算整周期采樣點(diǎn)數(shù)下輸入的采樣信號(hào)即輸入信號(hào)與經(jīng)過濾波后的輸出信號(hào)即輸出濾波信號(hào)的濾波誤差值并存儲(chǔ)；步驟4：在長度備選序列中不斷改變當(dāng)前幅值下的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度，重復(fù)步驟3，計(jì)算并存儲(chǔ)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在不同長度下輸入信號(hào)與輸出濾波信號(hào)之間的濾波誤差值，直到找到濾波誤差值所達(dá)到的極大值，存儲(chǔ)該極大值以及極大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的尺度，然后進(jìn)入步驟5；步驟5：改變復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的幅值，在幅值備選序列中的每個(gè)幅值下使用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素重復(fù)步驟3、4的內(nèi)容，計(jì)算并存儲(chǔ)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在不同尺度下輸入信號(hào)與輸出濾波信號(hào)之間的濾波誤差值，找到幅值備選序列每個(gè)幅值下不同長度復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)應(yīng)的濾波誤差極大值，存儲(chǔ)所有濾波誤差極大值以及極大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度；步驟6：比較所有濾波誤差極大值找出最大值，濾波誤差最大值對(duì)應(yīng)的幅值和長度即為最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度；步驟7：固定組成最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的兩種基本結(jié)構(gòu)元素的長度，不斷調(diào)整二者的幅值比例，記錄使用不同幅值比例的最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行交替混合濾波所得到的輸入-輸出之間的濾波誤差值及對(duì)應(yīng)的幅值比例，使濾波誤差達(dá)到極大值所對(duì)應(yīng)的幅值比例為最優(yōu)幅值比例，以此確定最終最優(yōu)濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素中兩種基本結(jié)構(gòu)元素的幅值比例；步驟8：基于步驟6確定的最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度和步驟7確定的兩種幅值比例使用最優(yōu)濾波復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)輸入的待處理采樣信號(hào)進(jìn)行交替混合濾波輸出最后的濾波結(jié)果。本發(fā)明的自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波方法進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：在步驟1中，元素庫的結(jié)構(gòu)元素采用正弦形、三角形這兩種結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行組合生成濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素。在步驟1中，所選擇的兩種結(jié)構(gòu)元素按尺度1:1進(jìn)行融合，其中尺度包括長度和幅值。在步驟3中，所用交替混合濾波算法如下式所示：[(f)altmix(g)](n)＝[(f)OC(g)+(f)CO(g)](n)/2式中f為待處理采樣信號(hào)即輸入信號(hào)，g為復(fù)合結(jié)構(gòu)元素，n表示采樣點(diǎn)；(n)表示使用所有采樣點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算；等式右邊(f)OC(g)表示使用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行形態(tài)開-閉運(yùn)算，(f)CO(g)表示使用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行形態(tài)閉-開運(yùn)算；等式左邊altmix表示交替混合運(yùn)算，[(f)altmix(g)](n)表示使用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)采樣信號(hào)在所有采樣點(diǎn)下的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行交替混合運(yùn)算，即取形態(tài)開-閉和閉-開運(yùn)算的平均形式處理得到濾波器的單次濾波結(jié)果。在步驟3中，采用下式計(jì)算輸入信號(hào)與輸出濾波信號(hào)之間的濾波誤差值(E)：式中f(n)為含噪聲待處理波形即輸入信號(hào)；y(n)為濾波結(jié)果即輸出濾波信號(hào)；N為整周期采樣點(diǎn)數(shù)。在步驟5中，使用長度和幅值備選序列中所有尺度組合的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行濾波，并存儲(chǔ)使用不同幅值下各長度復(fù)合結(jié)構(gòu)元素濾波后的輸入-輸出濾波誤差極大值，濾波誤差極大值對(duì)應(yīng)的尺度為固定一幅值下的濾波效果最佳的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度。在步驟6中，在所有極大值中找出最大值，對(duì)應(yīng)的尺度即為在長度和幅值備選序列所有尺度組合中最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的整體尺度。在步驟7中，最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的整體尺度確定后，進(jìn)一步調(diào)整兩種基本結(jié)構(gòu)元素的幅值比例對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)三角形結(jié)構(gòu)元素的幅值占比為a，正弦形結(jié)構(gòu)元素的幅值占比為1-a，比例參數(shù)a的選擇范圍為0.1至0.9(步長為0.1)，即在確定已經(jīng)合成的最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素幅值不變的情況下，按照比例參數(shù)a調(diào)整二者的幅值占比對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的形狀進(jìn)行微調(diào)，記錄使用每次微調(diào)后的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行交替混合濾波所得到的輸入-輸出之間的濾波誤差值及對(duì)應(yīng)的a值，濾波誤差達(dá)到極大值時(shí)對(duì)應(yīng)的a值為三角形結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)幅值占比，1-a為正弦形結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)幅值占比，以此確定最終最優(yōu)濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的全部形狀參數(shù)。本申請的優(yōu)點(diǎn)是：(1)建立結(jié)構(gòu)元素庫，使用元素庫中的基本結(jié)構(gòu)元素合成濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜采樣信號(hào)的消噪處理(2)通過統(tǒng)計(jì)分析濾波誤差直接建立起濾波輸入與輸出之間普適性的聯(lián)系，在此變化規(guī)律中準(zhǔn)確尋求到最優(yōu)濾波的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素，具有良好的自適應(yīng)性(3)濾波器采用“先整體尋優(yōu)，后微調(diào)尺度”的方法，為結(jié)構(gòu)元素的自適應(yīng)選取提供了一套完整的參考依據(jù)(4)方法簡單實(shí)用，不需要繁雜的迭代運(yùn)算，且便于擴(kuò)展研究。附圖說明圖1是1V，50Hz標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)加入幅值為0.2V的隨機(jī)白噪聲；圖2是自適應(yīng)濾波器“元素庫”中的基本結(jié)構(gòu)元素以及由基本結(jié)構(gòu)元素合成的濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素；圖3是復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度對(duì)自適應(yīng)形態(tài)濾波器輸入-輸出濾波誤差(E)和輸出信號(hào)信噪比(SNR)的影響關(guān)系曲線；圖4是自適應(yīng)形態(tài)濾波器選用最優(yōu)濾波復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行交替混合濾波的輸出信號(hào)；圖5是本申請公開的基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的新型自適應(yīng)濾波方法流程框圖。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的說明。如附圖1所示，圖1(a)為Matlab仿真平臺(tái)產(chǎn)生的1V，50Hz標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，作為有用信號(hào)；圖1(b)為幅值為0.2V的隨機(jī)白噪聲信號(hào)；圖1(c)為疊加噪聲后的正弦信號(hào)，即待處理采樣信號(hào)。待處理采樣信號(hào)的初始信噪比為15.6008，設(shè)置采樣率為100kHz，一個(gè)整周期共2000個(gè)采樣點(diǎn)的電壓數(shù)據(jù)。對(duì)圖1(c)所示采樣信號(hào)可以采用本申請公開的一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的新型自適應(yīng)形態(tài)濾波方法進(jìn)行消噪處理。本申請公開了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的新型自適應(yīng)濾波方法，參見附圖5，其步驟如下：步驟1：采集到含有噪聲干擾的輸入信號(hào)后，在自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波器中建立包含多種結(jié)構(gòu)元素在內(nèi)的元素庫，選擇其中兩種結(jié)構(gòu)元素按照幅值和長度1:1組合得到濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素；設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的幅值備選序列ASE＝{A1,A2…Ap}，p為備選幅值個(gè)數(shù)；設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度備選序列LSE＝{L1,L2…Lq}，q為備選長度個(gè)數(shù)；在本申請實(shí)施例中，在自適應(yīng)形態(tài)濾波器中建立包含正弦形，三角形結(jié)構(gòu)元素在內(nèi)的元素庫，如附圖2所示，圖2(a)為正弦形結(jié)構(gòu)元素，圖2(b)為三角形結(jié)構(gòu)元素。圖2(c)為由正弦形和三角形結(jié)構(gòu)元素組合生成的濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素。仿真中噪聲干擾的最大峰值為0.2V，最大噪聲干擾寬度未知，因此復(fù)合結(jié)構(gòu)元素長度備選序列的容量設(shè)定得相應(yīng)較大，設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的幅值備選序列為ASE＝{0.01，0.05，0.1}，設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度備選序列為LSE＝{10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，150，200，250，300}，各備選序列中的元素單位為采樣點(diǎn)數(shù)；步驟2：設(shè)置復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的初始尺度即初始幅值和初始長度，初始幅值和初始長度分別為A1和L1，使用該初始尺度作為復(fù)合結(jié)構(gòu)元素當(dāng)前選定尺度進(jìn)入步驟3對(duì)輸入信號(hào)即采樣信號(hào)進(jìn)行交替混合濾波；在本申請實(shí)施例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的初始尺度參數(shù)設(shè)置為A1＝0.01，L1＝10。步驟3：在當(dāng)前選定尺度下對(duì)輸入信號(hào)即采樣信號(hào)進(jìn)行交替混合濾波，計(jì)算整周期采樣點(diǎn)數(shù)下輸入的采樣信號(hào)即輸入信號(hào)與經(jīng)過濾波后的輸出信號(hào)即輸出濾波信號(hào)的濾波誤差值并存儲(chǔ)；在本申請實(shí)施例中，所用交替混合濾波算法如下式所示：[(f)altmix(g)](n)＝[(f)OC(g)+(f)CO(g)](n)/2式中f為待處理采樣信號(hào)即輸入信號(hào)，g為初始選定的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素，n表示采樣點(diǎn)；(n)表示使用所有采樣點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算；等式右邊(f)OC(g)表示使用該復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行形態(tài)開-閉運(yùn)算，(f)CO(g)表示使用該復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行形態(tài)閉-開運(yùn)算；等式左邊altmix表示交替混合運(yùn)算，[(f)altmix(g)](n)表示使用該復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)采樣信號(hào)在所有采樣點(diǎn)下的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行交替混合運(yùn)算，即取形態(tài)開-閉和閉-開運(yùn)算的平均形式處理得到濾波器的單次濾波結(jié)果。計(jì)算整周期采樣點(diǎn)數(shù)下輸入的采樣信號(hào)即輸入信號(hào)與經(jīng)過濾波后的輸出信號(hào)即輸出濾波信號(hào)的濾波誤差值如下式所示：步驟4：在長度備選序列中不斷改變當(dāng)前幅值下的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度，重復(fù)步驟3，計(jì)算并存儲(chǔ)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在不同長度下輸入信號(hào)與輸出濾波信號(hào)之間的濾波誤差值，直到找到濾波誤差值所達(dá)到的極大值，存儲(chǔ)該極大值以及極大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的尺度，然后進(jìn)入步驟5；步驟5：改變復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的幅值，在幅值備選序列中的每個(gè)幅值下使用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素重復(fù)步驟3、4的內(nèi)容，計(jì)算并存儲(chǔ)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在不同尺度下輸入信號(hào)與輸出濾波信號(hào)之間的濾波誤差值，找到幅值備選序列每個(gè)幅值下不同長度復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)應(yīng)的濾波誤差極大值，存儲(chǔ)所有濾波誤差極大值以及極大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度；步驟6：比較所有濾波誤差極大值找出最大值，濾波誤差最大值對(duì)應(yīng)的幅值和長度即為最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度；在本申請實(shí)施例中計(jì)算并存儲(chǔ)使用不同尺度的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素得到的濾波擬輸出信號(hào)與待處理信號(hào)之間的濾波誤差值(E)，并將各次消噪后的濾波擬輸出信號(hào)的信噪比同列在下表中以對(duì)比分析消噪效果和濾波誤差極大值之間的關(guān)系：將上表中復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在各幅值下的濾波誤差值變化趨勢繪制如附圖3(a)所示。圖3(a)中在各條曲線上用“o”標(biāo)注出三種幅值的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在長度變化過程中濾波誤差的極大值，由于濾波誤差在結(jié)構(gòu)元素最優(yōu)尺度附近的變化趨勢比較平緩，因此可以認(rèn)為在各幅值下，隨著結(jié)構(gòu)元素長度的增加，在各條曲線由上升至明顯變緩的起始位置為濾波誤差的極大值點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的尺度為優(yōu)選復(fù)合結(jié)構(gòu)元素尺度。由圖3(a)可以得到自適應(yīng)形態(tài)濾波器尋求到的優(yōu)選復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的尺度為：A＝0.01，L＝40；A＝0.05，L＝40；A＝0.1，L＝70。比較后選出濾波誤差極大值中的最大值可最終將復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)尺度確定為A＝0.1，L＝70。將上表中復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在各幅值下不同長度的各次濾波擬輸出信號(hào)的信噪比繪制如圖3(b)所示。同樣在圖3(b)中各條曲線上用“o”標(biāo)注出三種幅值的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素在長度變化過程中濾波得到的信號(hào)信噪比最大值。濾波擬輸出信號(hào)信噪比最大值對(duì)應(yīng)濾波效果最好，可以看到，使用由自適應(yīng)形態(tài)濾波器根據(jù)濾波誤差極大值規(guī)律選擇出的最優(yōu)濾波結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行形態(tài)濾波時(shí)信號(hào)的信噪比出現(xiàn)最大值，證明自適應(yīng)形態(tài)濾波器能夠自適應(yīng)地選取最優(yōu)濾波所用的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素。步驟7：固定組成最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的兩種基本結(jié)構(gòu)元素的長度，不斷調(diào)整二者的幅值比例，記錄使用不同幅值比例的最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行交替混合濾波所得到的輸入-輸出之間的濾波誤差值及對(duì)應(yīng)的幅值比例，使濾波誤差達(dá)到極大值所對(duì)應(yīng)的幅值比例為最優(yōu)幅值比例，以此確定最終最優(yōu)濾波用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素中兩種基本結(jié)構(gòu)元素的幅值比例；在本申請實(shí)施例中調(diào)整A＝0.1，L＝70尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)元素中正弦形和三角形結(jié)構(gòu)元素的幅值占比，設(shè)三角形幅值占比為a，則正弦形結(jié)構(gòu)元素幅值占比為1-a，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)調(diào)整幅值占比后各次的濾波誤差以及濾波后信號(hào)的信噪比，將數(shù)據(jù)列于下表中。aESNR0.10.098235.62030.20.098235.68840.30.098335.74060.40.098335.78950.50.098335.82930.60.098435.84920.70.098335.82740.80.098235.76090.90.098235.6540根據(jù)濾波誤差極大值原理選取a＝0.6時(shí)的復(fù)合結(jié)構(gòu)元素為最終的最優(yōu)濾波結(jié)構(gòu)元素，對(duì)應(yīng)的濾波后信號(hào)信噪比證明了該幅值占比為最優(yōu)比例。最優(yōu)濾波結(jié)構(gòu)元素的參數(shù)設(shè)置為A＝0.1，L＝70，三角形元素幅值占60％，正弦形結(jié)構(gòu)元素幅值占40％。為了進(jìn)一步證明使用復(fù)合結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行形態(tài)濾波所取得的效果比同尺度的正弦及三角形結(jié)構(gòu)元素更好，按照幅值及長度備選序列，將使用正弦及三角形結(jié)構(gòu)元素在各尺度下進(jìn)行濾波所得到的濾波擬輸出信號(hào)的信噪比最大值及對(duì)應(yīng)的尺度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并列于下表中。由上表數(shù)據(jù)可得，單一正弦形結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)濾波尺度為A＝0.1,L＝60，濾波后信號(hào)的信噪比為35.5405；單一三角形結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)濾波尺度為A＝0.1,L＝70，濾波后信號(hào)的信噪比為35.7050；而使用由自適應(yīng)形態(tài)濾波器選擇出的A＝0.1，L＝70，三角形元素幅值占60％，正弦形結(jié)構(gòu)元素幅值占40％尺度參數(shù)下的最優(yōu)濾波復(fù)合結(jié)構(gòu)元素濾波，輸出信號(hào)的信噪比為35.8492，因此驗(yàn)證了在處理含有隨機(jī)白噪聲干擾的采樣信號(hào)時(shí)，復(fù)合型結(jié)構(gòu)元素的濾波效果要優(yōu)于單一形狀的結(jié)構(gòu)元素。步驟8：基于步驟6確定的最優(yōu)復(fù)合結(jié)構(gòu)元素的長度和步驟7確定的兩種幅值比例使用最優(yōu)濾波復(fù)合結(jié)構(gòu)元素對(duì)輸入的待處理采樣信號(hào)進(jìn)行交替混合濾波輸出最后的濾波結(jié)果。在本申請例中，濾波后的信號(hào)如附圖4所示，與附圖1(a)中的理想正弦信號(hào)已經(jīng)十分貼近。以上給出的實(shí)施例用以說明本發(fā)明和它的實(shí)際應(yīng)用，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何一個(gè)本專業(yè)的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，依據(jù)以上技術(shù)和方法作一定的修飾和變更當(dāng)視為等同變化的等效實(shí)施例。當(dāng)前第1頁1 2 3