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日志

数据去噪

已有 790 次阅读2010-5-22 17:41 |个人分类:实测数据实例|

      Shengsheng 发表于2010-5-17 11:38 振动论坛的贴子 主题<毕设求助,硬阈值去噪>

      http://www.chinavib.com/forum/thread-74297-1-1.html

   提到 进行FFT变换,如何取出所需频率上的信号呢?

   该主题的板凳贴子中,songjianjiang 提到加噪信号 y = sin(2*pi*t*1.25/200) + randn(1,256) 的FFT变换去噪.

    本日志讨论用频谱校正法重构信号去噪,加噪信号 y 的频率改为9.25, 原1.25太近零轴.

   

    对加噪信号, 单用FFT取出所需频率上的信号不行, 要用校正法求出信号的频率,振幅相位, 重构原信号, 而将噪声去除. 这种校正法去噪效果好.

    以一个加噪正弦信号为例说明这个方法, 並比较fft/apfftapfft/apfft两校正法去噪效果

     数据y为    y = sin(2*pi*t*9.25/200);

        加噪数据y1 y1 =awgn(y,11);

        这儿将无噪数据y和加噪数据y1分开, 是为了能判断去噪效果.

        加噪数据 y 1N=256 fft/apfft振幅谱如图一b所示, 兰色为fft对数振幅谱,红色为apfft对数振幅谱, f=13fftapfft振幅谱形状类同,表示它们是稳态正弦信号,可以校正.  

       图一afft/apfft相位谱, 兰色为fft相位谱,红色为apfft相位谱, f=13fft相位谱是一尖峰, 从红色相位谱可见,f=13apfft相位谱是水平阶梯形状, 表明每一峰值只有一个频率成分, 图中f=13点振幅双峰对一水平相位清晰可见., 可以校正

 校正频率F1=9.24066296285644Hz  校正振幅A1=0.963984929443906   校正相位 P1=269.918735451414

       用F1 A1 P1重构信号, 可得fft/apfft法去噪的信号  y2=A1*cos(2*pi*t*F1/200+P1*pi/180)

 图二a无噪原信号y fft/apfft重构波形y2 ,可见重构误差小, 重构均方误差=sqrt(mean((y-y2).^2))=0.0489641224     

图二b加噪信号波形y1 fft/apfft重构波形y2

 

 

   加噪数据的fft/apfft谱分析的振幅谱和相位谱

 
                               波形y. 加噪波形y1 fft/apfft去噪重构波形y2
 
      加噪数据 y1   N=256 apfft/apfft振幅谱如图三b所示, 兰色为apfft_2对数振幅谱, 红色为apfft_1对数振幅谱, f=13fftapfft振幅谱形状类同,表示它们是稳态正弦信号,可以校正.  
           图三aapfft/apfft相位谱, 兰色为apfft-2相位谱,红色为apfft_1相位谱, f=13fft相位谱水平阶梯形状, 表明每一峰值只有一个频率成分, 图中f=13点振幅双峰对一水平相位清晰可见., 可以校正
校正频率F2=9.24863065342861Hz  校正振幅A2=0.967009086982656   校正相位 P2=270.4026614938
           F2 A2 P2重构信号, 可得apfft/apfft 去噪的信号 y3=A2*cos(2*pi*t*F2/200+P2*pi/180)
    图四a兰色无噪波形y 和红色apfft/apfft重构波形y3,可见重构误差小, 重构均方误差=sqrt(mean((y-y3).^2))==0.0243069140247586
          图四b兰色加噪波形y1 和红色为apfft/apfft重构波形y3,

                图   加噪数据的fft/apfft谱分析的振幅谱和相位谱

  
                            波形y.加噪波形y1 和  apfft/apfft重构去噪波形y3
   不同信噪比时fft/apfft apfft/apfft 去噪比较如表一,apfft/apfft 去噪好於 fft/apfft.
     

表一 不同信噪比时fft/apfft apfft/apfft 去噪比较

   Awgn                               1                                   11                                111

Fft/apfft重构误差     0.0982467191048907    0.0489641224308185       4.17171320431827e-006

      Apfft/apfft重构误差    0.0649382384012821    0.0243069140247586       3.98819186994536e-007

 

这个实例无噪信号y己知, 从加噪信号y1中用校正法重构信号y2及y3也可知, 从而可比较重构误差.下面再举一实测数据去噪.
    suiyuan发表于2007-3-21 11:57 振动论坛的贴子主题<求助:自适应噪声对消> 我想利用自适应噪声对消来提取混合信号中某一确定频率的正弦信号。
附件数据中,采样频率为 fs1600Hz,为一随机噪声和一频率为85.333Hz的正弦信号。

     data.txt (89.02 KB)

    http://www.chinavib.com/forum/thread-38936-1-1.html         

 

     数据data.txt10000个采样, 它的N=2048 fft/apfft振幅谱如图一b所示, 兰色为apfft_2对数振幅谱,红色为apfft_1对数振幅谱, f=65apfftapfft振幅谱形状类同,表示它们是稳态正弦信号,可以校正.  图一aapfft/apfft相位谱, 兰色为apfft-2相位谱,红色为apfft_1相位谱, f=13fft相位谱水平阶梯形状, 表明每一峰值只有一个频率成分, 图中f=65点振幅双峰对一水平相位清晰可见., 可以校正.

校正频率F3=65*fs/N= 49.9485355938288 Hz  校正振幅A3= 2101823.23745395   校正相位 P3= 109.867634844012

F2 A2 P2重构信号, y4=A3*cos(2*pi*F3*t/fs+P3*pi/180), 可得apfft/apfft 去噪的原信号

                              图   加噪数据的apfft/apfft谱分析的振幅谱和相位谱

     图二a加噪波形

图二b加噪波形 apfft/apfft去噪波形,

图二c加噪波形 - apfft/apfft去噪波形, 即滤去的噪声波形

从图二可见, 原加噪波形中除白噪声外, 还有一些大的脉冲噪声, 经重构都去除了, 但去噪的数值如何, 由於没有原无噪信号,没法比较.另外suiyuan说附件数据中,采样频率为 fs1600Hz,为一随机噪声和一频率为85.333Hz的正弦信号。实测是一个49.9485355938288 Hz 信号, 不知何故.

                               加噪波形 重构波形

 

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