[發明專利]一種噪聲合成方法

在審

• 申請號: 201410355917.3
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104156509A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 謝磊;張少飛;朱鵬程;丁闖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H03H17/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種噪聲合成方法，可以產生任意長度的具有特定功率譜特性以及振幅概率分布的噪聲信號。

背景技術

人們往往需要在計算機上產生具有一定統計特性的噪聲，或作為對信號的干擾背景，或作為特定的研究對象。例如，在估算信號處理方法的性能時，如果無法控制所產生的背景噪聲的性質，將會使性能估算的結果發生嚴重偏差；在用計算機模擬方法研究特定類型的隨機噪聲時，如果產生的偽隨機序列與模型要求不符，勢必導致錯誤的結論；另外，通過數模轉換設備，還可以把在計算機上產生的具有一定統計特性的偽隨機序列變成模擬形式的噪聲，在適當場合使用。

在語音識別領域，隨著信息科學的不斷發展，語音識別技術廣泛的應用于車載、機載、艦載綜合電子設備當中。在研究過程中，為測試識別的魯棒性，采集不同環境，如車載、機載或者通信條件下的的噪聲是不太現實的，因此如何實時而又輕松方便的模擬出期望的噪聲環境，已逐漸成為一個重要課題。計算機噪聲仿真就是以信號處理和統計學等理論為基礎，以計算機和相關軟件為工具，通過虛擬實驗的方法來模擬期望噪聲的一門綜合性技術。

對于產生具有規定振幅概率分布的隨機數，經典的方法有反函數法、變換法、舍選法。三種方法都可根據均勻分布的偽隨機數，通過一定的變換關系和映射關系得到目標分布的偽隨機序列。為了生成具有目標噪聲振幅概率分布的隨機序列，當前的方法都是給定一組固定噪聲參數進行合成，通用性差,不便推廣。

對于產生具有規定功率譜的隨機序列，目前主要有兩種解決方案，“相關傳遞法”和“FIR濾波器法”。文獻“Polge?R?J,Holliday?E?M,Bhagavan?B?K.Generation?of?a?pseudo-random?set?with?desired?correlation?and?probability?distribution[J].Simulation,1973,20(5):153-158.”公開了一種稱為“相關傳遞法”(為簡單起見，下面用CT代之的解決方案，這是一種很有啟發性的方法，用它可以使一個隨機序列的相關特性傳遞給另一個隨機序列，只要使第一個序列具有所要求的振幅分布，第二個序列具有規定的功率譜特性，用這個方法就可使前者同時具有規定的振幅分布和功率譜特性。該方法只能產生樣本點數為2的整數冪的序列，而且當直接傳遞原始噪聲的譜特性時，模擬結果序列長度必須要和原始序列長度一致，即此方法序列長度受到限制，無法連續生成隨機噪聲；文獻“唐兵,朱艷,陳衛東.基于實測噪聲信號的艦船輻射噪聲重構[J].艦船科學技術,2013,34(11):148-151.”通過設計出一個具有與目標頻譜特性相一致的特定幅頻特性的FIR濾波器，再將高斯白噪聲通過該FIR濾波器實現噪聲信號的重構。這種方法設計的FIR濾波器無法滿足系統響應速度是最快的，而且在只有目標功率譜的條件下，目標頻譜的恢復也是困難的，如果采用隨機相位譜，則得到結果頻譜和目標頻譜會有大的偏差；文獻“向輝平,羅建,傅瑞錦.艦船寬帶連續譜噪聲的模擬[J].聲學技術,2005,3:004.”采用自適應的方法設計出了目標頻率響應的FIR濾波器，這種自適應的方法能實現對給定功率譜形狀的艦船寬帶連續譜噪聲信號的模擬，但是這種方法要求預先觀察期望噪聲的頻率特性，并據此設定期望響應，實現過程有主觀性，而且計算復雜度高。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種噪聲合成方法，基于PC平臺，利用參數估計、指定振幅概率分布白噪聲生成以及最小相位濾波的方法，合成出具有要求振幅概率分布和功率譜特征的目標噪聲。

技術方案

一種噪聲合成方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：通過EM算法對目標噪聲進行分析，得到目標噪聲的分布參數：目標噪聲的高斯均值目標噪聲的高斯方差目標噪聲的高斯權重所述目標噪聲為需要合成噪聲的樣本噪聲；

步驟2：通過線性同余法生成均勻分布的隨機序列LCG(a,b,M,n₀)，將線性同余法生成的均勻分布序列通過Box_Muller變換得到標準正態分布隨機變量，再對標準正態分布隨機變量進行標準化處理得到絕對意義上的標準正態分布隨機變量Y_new，再通過將標準正態分布隨機變量Y_new映射到均值為標準差為的具有目標噪聲振幅概率分布的白噪聲Y_result；

其中：M為隨機序列的模數，a為隨機序列的乘數，b為隨機序列的增量，N₀為隨機序列的種子；