一种宽频正弦波信号的数字实现方法及系统与流程

本发明涉及模拟信号滤波，具体涉及一种宽频正弦波信号的数字实现方法及系统。

背景技术：

1、正弦波信号发射器持续输出正弦波，以达到净化空间磁场的作用，但是正弦波中存在复杂的波段，该波段不利于进行磁场净化。为了分解空间中的复杂波段，对发射出的宽频正弦波信号进行滤波处理，以滤除宽频正弦波中的噪声，分解复杂波段，准确实现宽频正弦波信号的数字表示。

2、现有通过滤波的方式滤除宽频正弦波信号中的噪声，现有滤波方式包括但不限于中值滤波、高斯滤波等。现有滤波方式需要数据满足一定的假设条件，才能得到较好的滤波效果，但是实际宽频正弦波信号数据中的噪声分布的随机性较强，往往不能很好的符合滤波假设条件，导致最终的滤波效果差，滤波处理后的宽频正弦波信号数据中仍保留较多噪声，导致宽频正弦波信号的数字实现准确性低下，不利于净化还原空间磁场。

技术实现思路

1、为了解决上述现有滤波方式对于宽频正弦波信号中噪声的滤波效果差的技术问题，本发明的目的在于提供一种宽频正弦波信号的数字实现方法及系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明一个实施例提供了一种宽频正弦波信号的数字实现方法，该方法包括以下步骤：

3、获取待处理的宽频正弦波信号，对宽频正弦波信号进行emd分解获得各个imf分量；

4、根据宽频正弦波信号中的各个原始数据点和各个imf分量，构建各个二分决策树；根据各个imf分量和各个二分决策树，确定各个imf分量中每个衍生数据点对应的各个衍生决策树；

5、根据每个衍生数据点在其对应的各个衍生决策树上的分布情况，确定各个衍生决策树的初始异常性；根据每个衍生数据点对应的各个衍生决策树的分离情况、信息差异情况以及初始异常性，确定每个衍生数据点的最终异常性；

6、根据各个imf分量中每个衍生数据点的最终异常性，获得各个imf分量的重建权重；对各个imf分量及其重建权重进行加权求和，获得去噪后的宽频正弦波信号。

7、进一步地，根据宽频正弦波信号中的各个原始数据点和各个imf分量，构建各个二分决策树，包括：

8、将单个imf分量记为一个维度数据，将任意两个维度数据进行组合获得各个二元组；从宽频正弦波信号的所有原始数据点中任意选取预设数目个原始数据点，结合任意选取的一个二元组，构建二分决策树，从而获得各个二分决策树。

9、进一步地，根据各个imf分量和各个二分决策树，确定各个imf分量中每个衍生数据点对应的各个衍生决策树，包括：

10、对于任意一个imf分量中的任意一个衍生数据点，在各个二分决策树中，统计存在该衍生数据点的二分决策树，将存在该衍生数据点的二分决策树作为衍生决策树，获得该衍生数据点对应的各个衍生决策树。

11、进一步地，根据每个衍生数据点在其对应的各个衍生决策树上的分布情况，确定各个衍生决策树的初始异常性，包括：

12、对于任意一个衍生数据点对应的任意一个衍生决策树，确定该衍生数据点在该衍生决策树上对应的叶节点与根节点之间的最短路径，并确定该衍生决策树上所有叶节点与根节点之间的最短路径的最大值；根据该衍生数据点在该衍生决策树上对应的最短路径和所述最短路径的最大值，确定该衍生决策树的初始异常性。

13、进一步地，根据该衍生数据点在该衍生决策树上对应的最短路径和所述最短路径的最大值，确定该衍生决策树的初始异常性，包括：

14、计算所述最短路径的最大值与该衍生数据点在该衍生决策树上对应的最短路径之间的差值，将所述差值与所述最短路径的最大值的比值作为该衍生决策树的初始异常性。

15、进一步地，根据每个衍生数据点对应的各个衍生决策树的分离情况、信息差异情况以及初始异常性，确定每个衍生数据点的最终异常性，包括：

16、对于任意一个衍生数据点，根据衍生数据点对应的各个衍生决策树的二元组，确定各个衍生决策树的分离度；

17、若任意两个衍生决策树的二元组的维度数据存在交集，则将该两个衍生决策树作为衍生数据点的交集衍生决策树，否则将该两个衍生决策树作为衍生数据点的独立衍生决策树；

18、对于存在相同维度数据的两个交集衍生决策树，计算两个交集衍生决策树对应的不同维度数据之间的余弦相似度的绝对值，将反比例的余弦相似度的绝对值作为该两个交集衍生决策树的信息差异权重，获得每个交集衍生决策树的信息差异权重；

19、根据每个交集衍生决策树的信息差异权重、分离度以及初始异常性，确定衍生数据点的第一异常性；根据每个独立衍生决策树的分离度和初始异常性，确定衍生数据点的第二异常性；将第一异常性和第二异常性的均值作为衍生数据点的最终异常性。

20、进一步地，根据衍生数据点对应的各个衍生决策树的二元组，确定各个衍生决策树的分离度，包括：

21、将任意一个衍生决策树作为选定衍生决策树，对于选定衍生决策树的二元组中任意一个维度数据，计算维度数据中任意两个衍生数据点之间的相似度，将相似度作为密度聚类的距离值，对维度数据中的所有衍生数据点进行聚类，获得各个类别；

22、根据各个类别对应的所有衍生数据点的数值，计算各个类别的方差，进而确定所有类别的方差的和值；根据维度数据对应的所有衍生数据点的数值计算维度数据的方差，将维度数据的方差与所述和值的差值作为维度数据的第一分离度；

23、根据选定衍生决策树的二元组中每个维度数据的第一分离度，计算两个第一分离度的均值，将所述均值作为选定衍生决策树的分离度。

24、进一步地，所述相似度为任意两个衍生数据点的数值中较小数值与较大数值的比值。

25、进一步地，确定衍生数据点的第一异常性，包括：

26、对于任意一个交集衍生决策树，将交集衍生决策树的信息差异权重、分离度以及初始异常性的乘积，确定为对应的交集衍生决策树的第一乘积；确定每个交集衍生决策树的第一乘积，将各个第一乘积的均值作为衍生数据点的第一异常性；

27、确定衍生数据点的第二异常性，包括：

28、对于任意一个独立衍生决策树，将独立衍生决策树的分离度和初始异常性的乘积，确定为对应的独立衍生决策树的第二乘积；确定每个独立衍生决策树的第二乘积，将各个第二乘积的均值作为衍生数据点的第二异常性。

29、本发明一个实施例还提供了一种宽频正弦波信号的数字实现系统，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令，以实现如上所述的一种宽频正弦波信号的数字实现方法。

30、本发明具有如下有益效果：

31、本发明提供了一种宽频正弦波信号的数字实现方法及系统，首先，为了便于后续确定每个imf分量的重建权重，需要对宽频正弦波信号进行emd分解，获得各个imf分量；其次，由于噪声的随机性较强，通过孤立森林的随机选取数据构建各个二分决策树的方式，可以提高对随机性较强的噪声的识别效果；然后，相比传统基于单个维度数据构建决策树，构建的二分决策树的分支将采用的维度的不确定性较强，其可以提高后续的异常检测效果，得到更好的划分结果；接着，获得衍生决策树是为了量化单个衍生数据点在多个决策树上的分布异常情况，以确定每个衍生数据点的最终异常性；同时，最终异常性可以被用于表征衍生数据点为异常数据的程度，便于后续结合噪声分布的实际情况，确定各个imf分量的重建权重；最后，对各个imf分量及其重建权重进行加权求和，可以获得去噪后的宽频正弦波信号，其提高了去噪后的宽频正弦波信号中噪声的滤波效果，有助于宽频正弦波信号的准确数字实现；通过提高滤波器的滤波效果，有助于选择适当的频率响应或相位响应，将复杂的波段分解或净化磁场。