本申請涉及傳感器，特別是涉及一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、低成本加速度計因其價格實惠和應用廣泛，已成為現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療和智能設(shè)備等領(lǐng)域的關(guān)鍵組件。盡管如此，這些傳感器往往受限于精度和測量范圍，難以在高動態(tài)環(huán)境下提供精確的信號，這在一些關(guān)鍵應用中可能會導致數(shù)據(jù)丟失或測量誤差。因此，提高低成本加速度計的信號質(zhì)量和擴展其測量范圍具有顯著的實際價值。盡管傳統(tǒng)的硬件升級方法能在一定程度上提升傳感器性能，但其高昂的成本限制了其在大規(guī)模應用中的推廣。另一方面，生成對抗網(wǎng)絡(luò)(gan)作為一種先進的生成模型，通過學習數(shù)據(jù)的分布特性，能夠?qū)⒌唾|(zhì)量輸入轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量輸出，為低成本加速度計信號的增強提供了一種既經(jīng)濟又高效的途徑。

2、然而，由于缺乏低成本與高成本傳感器信號的逐幀配對數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的gan架構(gòu)和全監(jiān)督訓練方法在這種情況下并不適用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，可通過多層次細節(jié)增強，顯著提升了低成本加速度計信號的重建精度和質(zhì)量。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，包括：生成器ganl→h、生成器ganh→l、ots模塊、mle模塊和信號獲取模塊；

4、所述信號獲取模塊，用于獲取高成本傳感器信號和低成本傳感器信號；所述低成本傳感器信號與所述高成本傳感器信號之間的關(guān)聯(lián)性表現(xiàn)為未配對或弱配對；

5、所述生成器ganh→l，用于將高成本傳感器信號轉(zhuǎn)化為低成本傳感器信號；

6、所述生成器ganl→h，用于將低成本傳感器信號轉(zhuǎn)化為高成本傳感器信號；

7、所述mle模塊，用于：在生成器ganl→h將低成本傳感器信號轉(zhuǎn)化為高成本傳感器信號時，向低成本傳感器信號內(nèi)注入拉普拉斯能量，以及在生成器ganh→l將高成本傳感器信號轉(zhuǎn)化為低成本傳感器信號時，向高成本傳感器信號內(nèi)注入拉普拉斯能量；所述拉普拉斯能量為一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拉普拉斯能量；所述拉普拉斯能量用于在生成式深度學習架構(gòu)中，調(diào)整模型的拉普拉斯能量；

8、所述ots模塊，用于基于最優(yōu)運輸理論，挖掘非配對、弱配對數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)聯(lián)性，并根據(jù)所述潛在關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建低成本傳感器信號的特征與高成本傳感器信號的特征之間的最優(yōu)映射。

9、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實施例，本申請公開了以下技術(shù)效果：

10、本申請?zhí)峁┝艘环N慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，系統(tǒng)中生成器ganl→h、生成器ganh→l、ots模塊、mle模塊和信號獲取模塊構(gòu)成了本系統(tǒng)；信號獲取模塊負責采集高成本傳感器信號和低成本傳感器信號；生成器ganh→l的作用是將高成本傳感器信號轉(zhuǎn)換為低成本傳感器信號；生成器ganl→h則負責將低成本傳感器信號轉(zhuǎn)換為高成本傳感器信號；mle模塊的功能是在生成器ganl→h轉(zhuǎn)換信號的過程中，向低成本傳感器信號中注入經(jīng)過調(diào)制的拉普拉斯能量，以及在生成器ganh→l轉(zhuǎn)換信號的過程中，向高成本傳感器信號中注入經(jīng)過調(diào)制的拉普拉斯能量；ots模塊則依據(jù)最優(yōu)運輸理論，建立低成本傳感器信號特征與高成本傳感器信號特征之間的最優(yōu)映射關(guān)系。本申請能夠在不依賴逐幀配對數(shù)據(jù)的情況下，仍然有效地增強低成本慣性傳感器的信號質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，包括：生成器ganl→h、生成器ganh→l、ots模塊、mle模塊和信號獲取模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，所述mle模塊中拉普拉斯能量的計算公式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，還包括能量調(diào)制模塊，用于基于能量調(diào)制正則化項，對所述拉普拉斯能量進行調(diào)制。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，所述能量調(diào)制模塊中能量調(diào)制正則化項的公式表達式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)制參數(shù)κ的調(diào)制公式具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，所述ots模塊包括運輸成本子模塊、特征對齊子模塊和最優(yōu)映射計算子模塊；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，所述運輸成本子模塊中運輸成本的計算公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，其特征在于，所述特征對齊子模塊中施加有特定的監(jiān)督機制；施加特定監(jiān)督機制后的ots損失函數(shù)具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種慣性傳感器超量程信號修復與信號質(zhì)量增強系統(tǒng)，涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)中信號獲取模塊，用于獲取高成本傳感器信號和低成本傳感器信號；生成器GAN<subgt;H→L</subgt;和生成器GAN<subgt;L→H</subgt;用于低成本傳感器信號與高成本傳感器信號之間的轉(zhuǎn)換；MLE模塊，用于在生成器GAN<subgt;L→H</subgt;將低成本傳感器信號轉(zhuǎn)化為高成本傳感器信號時，向信號內(nèi)注入拉普拉斯能量，以及在生成器GAN<subgt;H→L</subgt;將高成本傳感器信號轉(zhuǎn)化為低成本傳感器信號時，向信號內(nèi)注入拉普拉斯能量；OTS模塊，用于基于最優(yōu)運輸理論，構(gòu)建低成本、高成本傳感器信號特征之間的最優(yōu)映射。本申請通過多層次細節(jié)增強，顯著提升了低成本加速度計信號的重建精度和質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：趙毅,王一峰
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學深圳科技創(chuàng)新研究院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30