一種去除相關(guān)信號(hào)中干擾信號(hào)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種去除相關(guān)信號(hào)中干擾信號(hào)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)同一物體不同特性的測(cè)量數(shù)據(jù)之間往往存在一定的相關(guān)性。醫(yī)學(xué)或認(rèn)知科學(xué)或 者其它科研實(shí)踐中對(duì)復(fù)雜事件，比如腦卒中或語(yǔ)言障礙或大氣污染等等，進(jìn)行準(zhǔn)確分析和 描述時(shí)都需要從不同側(cè)面或方向采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)之間往往相互干擾，你中有我我中有 你，很難評(píng)估各自提供的獨(dú)立信息。比如土壤沙化和干旱少雨兩種現(xiàn)象相互影響，不加處理 的話無(wú)法確定它們對(duì)環(huán)境生態(tài)各自獨(dú)立的影響和共同影響。缺血性腦卒中臨床診斷和評(píng)估 中通常要測(cè)量腦血流和腦組織水分子的自由擴(kuò)散程度，但這兩種指標(biāo)在腦卒中病人（或其 他病人）的大腦中會(huì)相互影響，不加處理的話無(wú)法確定它們各自對(duì)疾病預(yù)測(cè)評(píng)估所提供的 獨(dú)立信息。再如在語(yǔ)言障礙評(píng)估中，測(cè)量語(yǔ)音錯(cuò)誤和音系錯(cuò)誤時(shí)很難做到相互不受對(duì)方干 擾。
[0003] 傳統(tǒng)的做法是將這些相關(guān)變量?jī)蓛烧挥成淙缓笕∈Ｓ嗖糠肿鳛楦髯元?dú)立的成 分，其實(shí)這種提取方法只是保證了每個(gè)變量的剩余成分（輸出）和另外的原始變量（輸入 變量）之間是正交和獨(dú)立的，這些剩余成分之間仍然相關(guān)并且相關(guān)性與原始數(shù)據(jù)之間的相 關(guān)性完全相等只是符號(hào)變反了。這種傳統(tǒng)技術(shù)不能同時(shí)獲得相關(guān)變量的共同成分。這樣就 需要開(kāi)發(fā)一項(xiàng)新的技術(shù)用來(lái)提取相干信號(hào)各自獨(dú)立的成分和共同的成分。將兩個(gè)或多個(gè)相 關(guān)變量分解成重合分量和相互正交的的剩余分量的技術(shù)可以稱之為相關(guān)信號(hào)的獨(dú)立成分 萃取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有方法將相關(guān)信號(hào)兩兩正交映射，然后取剩余部分作為各 自獨(dú)立部分，只保證了每個(gè)信號(hào)的獨(dú)立部分和另外的原始信號(hào)之間是獨(dú)立的，而這些獨(dú)立 部分之間仍然相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種去除相關(guān)信號(hào)中干擾信號(hào)的方法，其能夠 提取出每個(gè)相關(guān)信號(hào)的獨(dú)立部分，且獨(dú)立部分之間不相互關(guān)聯(lián)，去除信號(hào)中的干擾信息。
[0005] 本發(fā)明的一種去除相關(guān)信號(hào)中干擾信號(hào)的方法，包括以下步驟：
[0006] Sl :采集模塊采集到兩組相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并發(fā)送到中央處理單元；
[0007] S2:中央處理單元對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，將采集到的每組數(shù)據(jù)信號(hào)在三 維數(shù)據(jù)空間中形成一個(gè)特征矢量，該兩組數(shù)據(jù)信號(hào)形成的特征矢量分別^
[0008] S3 :假設(shè)存在三個(gè)獨(dú)立的分量
滿足如下公式：

[0014] 丄表示垂直關(guān)系，則H和H的共同部分為??，if的獨(dú)立部分為??，?的獨(dú)立 部分為u2;
[0015] S4:假設(shè)在三維數(shù)據(jù)空間中，if的起點(diǎn)為A，終點(diǎn)為B，if = 1??的起點(diǎn) A，終點(diǎn)為C，= 庇的起點(diǎn)為A，終點(diǎn)為D，前=??的起點(diǎn)為D，終點(diǎn)為B， if =萬(wàn)百;??的起點(diǎn)為D，終點(diǎn)為=萬(wàn)己,;直線BC上存在點(diǎn)G，使得直線AG垂直于 直線BC，即AG丄BC，由于AD丄DB且AD丄DC，所以直線AD垂直于平面DBC，由于直線BC 在平面DBC上，所以AD丄BC，結(jié)合AG丄BC，得到直線BC垂直于平面ADG，所以DG丄BC ;
[0016] S5 :直線AG上存在點(diǎn)P，使得直線DP垂直于直線AG，即DP丄AG，由于直線BC垂 直于平面ADG，則直線BC垂直于直線DP，即DP丄BC，所以直線DP垂直于平面ABC ;
[0017] S6 :由上述向量之間的關(guān)系得到下列關(guān)系式：
表示向量的2范數(shù)，I. I表 示線段的長(zhǎng)度；
[0026] S7 :由上述向量之間的關(guān)系還得到下列關(guān)系式：

[0033]計(jì)算出|AP|、|DP|、|CG|的值，從而確定唯一的ffi，M以及Sfr
[0034] S8 :計(jì)算出與冗和垂直的單位向量從而計(jì)算吐
根據(jù)
計(jì)算出
[0035] S9 :中央處理單兀將計(jì)算出的共同部分庇、.獨(dú)立部分Ul.和獨(dú)立部分U.2輸出。
[0036] 在本技術(shù)方案中，去除相關(guān)信號(hào)中干擾信號(hào)的方法就是將兩組相關(guān)信號(hào)分解 成重合部分和相互正交的的獨(dú)立部分，將獨(dú)立部分提取出來(lái)，這些獨(dú)立部分相互之間沒(méi) 有關(guān)聯(lián)，獨(dú)立部分中沒(méi)有干擾信號(hào)。相關(guān)信號(hào)分解在矢量空間上等同于尋找三個(gè)矢量 ??!，ιι?，u2，并滿足以下關(guān)系
垂直于H.和 ?? ??垂直于巧。從以上相互垂直關(guān)系就可以看出這三個(gè)矢量不在同一高維平面中，它 們的交點(diǎn)也不在這和^構(gòu)造的高維平面上。本方法正是通過(guò)從和適所構(gòu)成的平面外 去尋找這和^的共同部分?!的辦法來(lái)解決相關(guān)信號(hào)獨(dú)立成分萃取問(wèn)題的。利用矢量代數(shù) 幾何知識(shí)，GH可以分解成一個(gè)位于和冗平面內(nèi)的分量和一個(gè)垂直于該平面的分量，本 方法正是先求出這兩個(gè)分量的長(zhǎng)度和方向然后將它們相加得出共同部分前值，有了共同 部分值就可以算出獨(dú)立部分???和獨(dú)立部分^的值。中央處理單元將共同部分獨(dú)立 部分Π?;和獨(dú)立部分^輸出到顯示屏顯示或輸出到下一個(gè)設(shè)備進(jìn)行分析。
[0037] 作為優(yōu)選，當(dāng)采集模塊采集到兩組以上相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，采集模塊將采集 的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到中央處理單元，中央處理單元從采集到的兩組或兩組以上相互關(guān)聯(lián)的數(shù) 據(jù)信號(hào)中任意提取出兩組數(shù)據(jù)信號(hào)，執(zhí)行步驟S2至S8計(jì)算出共同部分和兩個(gè)獨(dú)立部分，接 著從未處理的數(shù)據(jù)信號(hào)中任意提取出一組數(shù)據(jù)信號(hào)，將該數(shù)據(jù)信號(hào)與計(jì)算出的共同部分作 為兩個(gè)相關(guān)信號(hào)，執(zhí)行步驟S2至S8計(jì)算出新的共同部分和該數(shù)據(jù)信號(hào)的獨(dú)立部分，如此循 環(huán)提取每次得到的最新的共同部分和一組未處理的數(shù)據(jù)信號(hào)之間的共同部分和獨(dú)立部分， 直到所有數(shù)據(jù)信號(hào)都被處理完畢，然后中央處理單元將所有獨(dú)立部分和最后得到的共同部 分輸出。
[0038] 對(duì)于兩個(gè)以上相關(guān)信號(hào)，可以任取兩信號(hào)，求出共同部分后再求該共同部分和任 意一個(gè)剩下的未處理信號(hào)的新的共同部分和獨(dú)立部分，如此循環(huán)直到每個(gè)信號(hào)都被處理一 次為止。最后計(jì)算出的共同部分就是所有信號(hào)的共同部分，中央處理單元將所有獨(dú)立部分 和最后得到的共同部分輸出到顯示屏顯示或輸出到下一個(gè)設(shè)備進(jìn)行分析。
[0039] 作為優(yōu)選，當(dāng)
不成立時(shí)，通過(guò)預(yù)處理將if. 和進(jìn)行歸一化處理，SI
使得它們的范數(shù)為1，從而使得
成立。
[0040] 作為優(yōu)選，所述步驟S8中計(jì)算出與冗和巧垂直的單位向量^的方法包括以下 步驟：取任意一個(gè)隨機(jī)向量:?.，利用Gram-Schmidt正交化過(guò)程分別將它與xl和x2分別正交 歸一化，包括以下步驟：
[0045] ^表示和it方向相同的單位向量，^表示和if方向相同的單位向量， (uxl, ?〉表示求和:f的內(nèi)積，〈ux2, ?〉表示求和的內(nèi)積。
[0046] 作為優(yōu)選，將得到的獨(dú)立部分和共同部分進(jìn)行低通濾波處理。壓制提取出的獨(dú)立 部分和共同部分中的高頻干擾成分，使數(shù)據(jù)更平滑。
[0047] 本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果是：能夠提取出每個(gè)相關(guān)信號(hào)的獨(dú)立部分，且獨(dú)立部分之間 不相互關(guān)聯(lián)，去除信號(hào)中的干擾信息。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 圖1是本發(fā)明的相關(guān)信號(hào)在三維數(shù)據(jù)空間中的矢量圖；
[0049] 圖2是數(shù)據(jù)采集模塊采集到相關(guān)系數(shù)為0. 566的兩組信號(hào)；
[0050] 圖3是采用現(xiàn)有技術(shù)處理圖2中兩組信號(hào)得到的共同部分茄、獨(dú)立部分H和獨(dú) 立部分u2:;.
[0051] 圖4是采用本發(fā)明的方法處理圖2中兩組信號(hào)得到的共同部分ΠΕ、獨(dú)立部分H 和獨(dú)立部分u2%
[0052] 圖5是對(duì)圖4中的各個(gè)信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理后得到的信號(hào)；
[0053] 圖6是數(shù)據(jù)采集模塊采集到相關(guān)系數(shù)為0. 5331的兩組信號(hào)；
[0054] 圖7是采用現(xiàn)有技術(shù)處理圖6中兩組信號(hào)得到的共同部分淀、獨(dú)立部分??和獨(dú)立 部分??-
[0055] 圖8是采用本發(fā)明的方法處理圖6中兩組信號(hào)得到的共同部分?.、獨(dú)立部分^ 和獨(dú)立部分^:。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0057] 實(shí)施例：本實(shí)施例的一種去除相關(guān)信號(hào)中干擾信號(hào)的方法，如圖1所示，包括以下 步驟：
[0058] Sl :采集模塊采集到兩組相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信號(hào)，每組數(shù)據(jù)信號(hào)包括三個(gè)采樣值，并 發(fā)送到中央處理單元；
[0059] S2:中央處理單元對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，將采集到的每組數(shù)據(jù)信號(hào)在三 維數(shù)據(jù)空間中形成一個(gè)特征矢量，該兩組數(shù)據(jù)信號(hào)形成的特征矢量分別為it和
[0060] S3 :假設(shè)存在三個(gè)獨(dú)立的分量〇；￡.，ul,. u2，滿足如下公式：
[0066]丄表示垂直關(guān)系，則葒和萏的共同部分為證，萬(wàn)的獨(dú)立部分為H的獨(dú)立 部分為112?
[0067] S4:假設(shè)在三維數(shù)據(jù)空間中，的起點(diǎn)為A，終點(diǎn)為B冗=瓦官；^的起點(diǎn) A，終點(diǎn)為C，g = ?;庇的起點(diǎn)為A，終點(diǎn)為D，庇=瓦0丨???的起點(diǎn)為D，終點(diǎn)為B， ?? = 的起點(diǎn)為D，終點(diǎn)為C，= Μ，；直線BC上存在點(diǎn)G，使得直線AG垂直于 直線BC，即AG丄BC，由于AD丄DB且AD丄DC，所以直線AD垂直于平面DBC，由于直線BC 在平面DBC上，所以AD丄BC，結(jié)合AG丄BC，得到直線BC垂直于平面ADG，所以DG丄BC ;
[0068] S5 :直線AG上存在點(diǎn)P，使得直線DP垂直于直線AG，即DP丄AG，由于直線BC垂 直于平面ADG，則直線BC垂直于直線DP，即DP丄BC，所以直線DP垂直于平面ABC ;
[0069] S6 :由上述向量之間的關(guān)系得到下列關(guān)系式：

表示向量的2范數(shù)，I. I表 示線段的長(zhǎng)度；
[0078] S7 :由上述向量之間的關(guān)系還得到下列關(guān)系式：
[0085] 計(jì)算出|ap|、|dp|、|cg|的值，從而確定唯一的而以及靜;：
[0086] S8 :計(jì)算出與和適垂直的單位向量丨適，..從而計(jì)算