基于嵌入式的低频微弱信号检测系统研究

１ 引言
随着 嵌 入式 技术的快速 发展 ，嵌 入 式系 统 已经
＝
１
＋
被广 泛 的应 用于 人 们生 活 的各个 方 面 ，并深 刻 的 改
变着 人 们 的 生活 【 １ 】 。在进 行 嵌入 式 系 统信 号 检测 的
过程 中，对 这些 低 频微 弱 的信 号进 行准 确 分析 ， 能 够提 高 嵌 入式 系 统信 号 检测 的准确 率 【 ２ 】 。但 是 ， 由
与 上式相 对 应 的低 频 微弱 信号 采样 率 为 ：
＝ ＝ ㈩
于外 界 存在 着大 量 的干扰 信 号 ，造成 低 频微 弱信 号
弱信 号检 测 的准 确率 ］ 。因此 ，如 何提 高 嵌入 式系
通 过公 式 （ ２ ）和 （ ３ ）能够 ｔ … ， １ ０ 低频 微 弱信 号
＝
测方 法 。其 中最 常 使用 的是基 于神 经 网络 算法 的低 频微 弱 信 号检 测方 法 。 由于嵌 入式 系 统 的低 频 微 弱 信 号检 测 方法 在嵌 入 式系 统领 域 具有 无可 替代 的 作 用 ，因此 该课 题拥 有 广 阔的发 展 空 间， 并成 为很 多
学 者研 究 的重 点课 题 。
｛ ｆ ） ＝Ａｓ ｉ ｎ （ ２ ７ ｆ ｒ ｔ ＋ ）
（ １ ）
中国西部科技
２ ０ １ ５年 ０ ７月第 １ ４卷第 Ｏ ７期总第 ３ １ ２期
４ ３
络 优 化处 理 ， 能够得 到 实 际输 出 的低频 微弱 信 号 为 ｙ （ ｋ ） ， ｄ （ １ ｒ ） 为理想 输 出低 频微 弱信 号 ， 用ｅ （ ｋ ） 能够 描述 理 想 和 实 际输 出低频 微 弱信 号 的方 差 。在整 个 模型 中 ，通过 调节 ｅ （ ｋ ） 的取 值 大 小 ，使 实 际输 出低 频微 弱信号ｙ （ ｋ ） 无 限接 近 于理想 输 出低 频微 弱信 号 ｄ （ ｋ ） ， 能够 得 Ｎｄ ， 波 分 析算 法 转换 尺度 和 权值 的最 优 解 。 嵌入 式系 统神 经 网络权 值 公式 为 ：
最 终采 样之 后 的低频 微弱 信 号 能够描 述 为 ：
口
Ａｓ ｉ ｎ 万∞ ｔ ＋‰ Ｊ
（ ６ ）
在 上 式 中， 当输入 信 号 的周期 频 率超 出嵌 入 式 系 统 的承 载范 围之 外 时 ，需要 通过 合 理 的信号 转 化
２ 低 频微弱信号检测原理
系 数 Ⅳ对 低 频微 弱信 号 的频率 进行 转 化 ，这样 就 能 在 进 行 嵌 入 式 系 统 的 低 频 微 弱 信 号 检 测 过 程 够 对采 样之 后 的低 频微 弱信 号进 行 降噪 处理 。 中 ，设置 输入 信 号 的频 率 为． 幅 度为 ，初 始相 位 ３ 低频微弱信号检测方法
被背 景 噪音 所覆 盖 ，从 而 降低 了嵌入 式 系统 低 频微 的采 样序 列 ： 统 中 的低频 微弱 信 号检 测 的准 确率 ，已经 成为 嵌入 式 系统 领域 需 要研 究 的一个 难 点 问题 ，受 到很 多专
家 的重 视 ［ ６ 】 。现 阶段 ，主要 的嵌入 式 系 统 的低 频微
４ ２
开发应用
基于嵌入式 的低频微 弱信号检 测 系统研 究
王 江峰
（ 北京工商大学 计算机与信 息工程学院，北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ）
摘 要：对嵌入式 系统进行微弱信 号检测具有重要的应用价值。利用传统算法进行嵌入式 系统的低频微弱
信号检 测过程 中，受到的局限性较 大，造成嵌入式系统的检测准确率较低。为此，提 出一种基于小波神经 网络算法的低频微弱信号检测方法。建立小波神经网络信号检测模型，通过神经 网络优化处理得到被背景 噪音所覆盖的有用信号的小波转化 系数 ， 根据 小波转化 系数建立矩阵， 从而获取任意信号的初始数据信息。
） ＝ ∑Ｃ ｆ （ ）
（ １ １ ）
ｗ （ ｋ ＋ １ ） ＝ ｗ （ ） 一 ￣ ｅ （ ｋ ） ４ ｋ ）
迭 代 次数 ，ｅ （ ｋ ） ＝ ｄ （ ｋ ） 一 ｙ （ ｋ ） 。
（ ７ ）
在上 述 公式 中，能 够用 描述 神经 网络 权 值 的 设 置尺 度 函数 为 ，小波 函数 为 ｇ ｒ（ ｆ ） ，相对 应 的低通 、高通 滤波 器 分别 为 ｗ ） 和 Ｇ （ ｗ） 。将采 集到 的被背 景 噪音 所覆 盖 的低 频微 弱 信号 进 行小 波 分析 优化 处 理 ，能够 得 到双 尺度 方程 式 为 ：
ｓ ｉ
Ｉ 】 ［ ２ 如＋
２ … ㈩
（ ５）
通 过上述 公 式 能够得 到采 样低 频微 弱信 号的信
号 周期 为 Ｔ ： ，其相 对应 的低 频微 弱 信 号频
弱信 号 的检 测 方法 包括 基 于频 谱分 析 算法 的低 频微
弱 信号 检 测方 法 、基 于混沌 振 子算 法 的低 频微 弱信 率 为 ： 号 检测 方 法和 基于 神 经 网络算 法 的低 频微 弱信 号 检
『 Ｉ ｌ Ｆ Ｖ 誊 （ ｘ ： ｊ ） ］ ｌ ： 『 ｌ 蓦 誊 ｊ ） ０ ２ （ 譬 ｘ ： ； ） … 爱 誊 ： ｊ ） １ 『 Ｉ 毒 Ｃ ２ ］ ｌ ， ２ 、
实验结果表 明，利用改进算法进行嵌入 式系统的低频微弱信号检测 ，能够极 大提 高低频微 弱信号检 测的准
确 率 ，取得 了令 人 满 意的 效果 。
关键 词 ：嵌入 式 系统 ；低 频微 弱信 号 ；检 测 系统
Ｄ ０ｌ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ １ ３
为 ‰ ， 即：
３ ． １建立 嵌入 式 系统 的低频 微 弱信 号检 测模 型
利用小波分析算法将采集到的被背景噪音所覆 对 输 入 的信 号样 本进行 间隔采 样 ，设 置 Ⅳ 为信 盖 的低频 微弱 信 号进 行小 波 系数 转化 ，通 过神 经 网
号 的转化 系 数 ，则 能够 用下 述 公式对 信 号采 样 间 隔