一种基于Sigmoid函数的阶跃信号断点检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112733956A(43)申请公布日2021.04.30(21)申请号202110083621.0(22)申请日2021.01.21(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人魏斌斌高永卫陈铮张永旭(74)专利代理机构北京市盛峰律师事务所11337代理人席小东(51)Int.Cl.G06K9/62(2006.01)G06K9/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图7页(54)发明名称一种基于Sigmoid函数的阶跃信号断点检测方法(57)摘要本发明提供一种基于Sigmoid函数的阶跃信号断点检测方法，包括：读取需要进行阶跃信号断点检测的待检测信号；对于任意第j个滑动窗口，得到第j个滑动窗口对应的拟合曲线；基于第j个滑动窗口检测出的拟合曲线，进行断点位置检测；保留检测到的断点位置；对检测到的断点进行层次聚类运算，得到最终检测到的断点。本发明使用变形Sigmoid函数拟合信号，函数中的待定参数使用带冲量的梯度下降算法进行寻优，然后使用滑动窗口算法分段拟合阶跃信号，最后对所获取样本点进行层次聚类，最终获取了准确的阶跃信号断点位置，减少了人工工作量，提高了断点位置检测的效率。CN112733956ACN112733956A权利要求书1/3页1.一种基于Sigmoid函数的阶跃信号断点检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，读取需要进行阶跃信号断点检测的待检测信号；其中，所述待检测信号包括多个离散的检测点，每个检测点为时间t和物理量检测值y的数据对；所述待检测信号为各个检测点按时间排序的序列；步骤2，确定滑动窗口的滑动步长L和滑动窗口的窗口宽度D；其中，窗口宽度D通过以下方式确定：给定窗口宽度最小值dmin和窗口宽度最大值dmax，使dmin<D<dmax；步骤3，令j＝1；步骤4，在检测点时间序列中，首先定位出第j个滑动窗口；步骤5，第j个滑动窗口内，包括m个检测点，其中，第1个检测点的物理量检测值y为yj1，第m个检测点的物理量检测值y为yjend；任意检测点表示为第i个检测点，i＝1,2,...,m，其检测点的物理量检测值表示为yi；步骤6，给定自变量c1c2c3的初始值如下：c1＝yjend‑yj1，c2＝1.0，c3＝min(yj1，yjend)步骤7，令迭代次数n＝1；步骤8，根据下式，计算第j个滑动窗口内检测点拟合的均方根误差RMS：其中：hi(c1,c2,c3)表示第i个检测点的变形Sigmoid函数值；ti表示第i个检测点对应的时间；t0表示第j个滑动窗口对应的时间的中点值；步骤9，判断是否达到以下迭代终止条件：如果达到，则执行步骤10；1如果未达到，则采用下式计算出新的c1c2c3，即：(c1,c2,c3)：其中：1(c1,c2,c3)表示新的c1c2c3；0(c1,c2,c3)表示原c1c2c3；α为步长或学习率；为函数J(c1,c2,c3)的梯度；γ为冲量参数，取值范围为0～1；为冲量项；2CN112733956A权利要求书2/3页然后，以新的c1c2c3为输入值，令n＝n+1，返回步骤8；如此不断迭代；步骤10，输出最终确定的与第j个滑动窗口对应的c1c2c3的值；将得到的c1c2c3的值代入以下公式，得到第j个滑动窗口对应的拟合曲线h(t)：步骤11，针对拟合曲线h(t)，给定阶跃间断的幅值TH1和TH2，判断是否满足以下第一判定条件：|c1|>TH1如果不满足，则表明第j个滑动窗口对应的检测点序列为无效间断，执行步骤13；否则，认为第j个滑动窗口对应的检测点序列为有效间断，进一步判断是否满足以下第二判定条件：2R>TH2其中：R2表示拟合曲线h(t)的拟合程度；如果不满足，则表明第j个滑动窗口对应的检测点序列所拟合出的拟合曲线h(t)的拟合效果较差，没有出现信号阶跃间断形态，执行步骤13；否则，执行步骤12；步骤12，基于第j个滑动窗口检测出的拟合曲线h(t)，进行断点位置检测；保留检测到的断点位置；然后执行步骤13；其中，采用以下方法，进行断点位置检测：步骤12.1，给定阈值th；步骤12.2，根据下式，计算变化量ΔΔ＝(1‑th)×max(c1,c1+c3)步骤12.3，根据变化量Δ，上断点的纵坐标值ys＝max(c1，c1+c3)‑Δ；下断点的纵坐标值yx＝Δ‑min(c1，c1+c3)；上断点的横坐标值ts通过下式计算：下断点的横坐标值tx通过下式计算：由此得到上断点和下断点的坐标；步骤13，判断j是否达到设定阈值；如果没有，则令j＝j+1，使滑动窗口按滑动步长L移动到下一个位置，然后返回步骤4；如果达到设定阈值，执行步骤14；步骤14，输出所有检测到的针对待检测信