[發明專利]一種小波跨尺度相關濾波的寬帶水聲信號處理方法

在審

• 申請號: 201810046084.0
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108280416A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 文洪濤;楊燕明
• 申請（專利權）人: 國家海洋局第三海洋研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種小波跨尺度相關濾波的寬帶水聲信號處理方法，涉及水聲信號處理。被測信號的靜態離散小波變換；小波系數的平移修正；信號及干擾噪聲的小波系數特征分析；不同尺度間的小波系數相關分析；濾波閾值系數的選取；小波系數的閾值濾波和重構。采用靜態離散小波變換，變換后得到的小波系數沒有進行下采樣，仍然是原信號的長度，避免了信號特征的抽樣損失；修正小波分解后小波系數的偏移問題，提高了數據處理精度；小波系數跨尺度相關解決了相鄰尺度相關系數可能較弱從而無法提取信號特征值的問題；根據含噪信號的小波分解系數特征，自適應的選取濾波閾值系數，解決了濾波閾值可能過大或過小的問題。

技術領域

本發明涉及水聲信號處理，尤其是涉及一種小波跨尺度相關濾波的寬帶水聲信號處理方法。

背景技術

隨著人類文明的發展，海洋的戰略地位日益突顯，各國積極開發利用海洋資源和空間，采用各種手段對海洋的水下環境進行探測、研究和開發。聲波是目前在海洋中唯一能夠進行遠距離傳播的能量形式，因此，在眾多的海洋水下探測和開發設備中，聲波探測是其主要使用的技術手段。

由于聲波在海洋探測和開發中的廣泛應用，因此水聲信號的提取、處理和識別也就顯得十分重要。不同的水聲信號類型，其處理方法不同。對于窄帶水聲信號，可以通過帶通濾波方法處理；對于確定性可重復水聲信號，可以通過匹配濾波方法處理；但對于寬帶水聲信號，特別是寬帶脈沖式水聲信號，則處理復雜。除水聲信號本身外，海洋中存在復雜的背景噪聲來源，比如風浪噪聲、降雨噪聲、航船輻射噪聲、海洋生物發聲等。特別是降雨噪聲、航船輻射噪聲和海洋生物發聲，均具有頻域寬帶、時域無規的特點，從而造成寬帶水聲信號處理的困難。

發明人在實際的工程實踐中，常常需要對各種水下聲探測信號進行提取和識別。對于單波束、多波束、側掃等窄帶確定性信號，通過帶通濾波可以輕松實現提取。但對于單道地震、多道地震等寬帶、脈沖式水聲信號進行監測和處理時，則面臨海洋環境背景噪聲干擾，特別是近處航船輻射噪聲干擾的問題，二者在頻域帶寬上部分重疊，在時域特性上則均是無規脈沖式信號。因此，要解決該問題則需要進一步從被測水聲信號的其他特征入手，開展聲信號的濾波和提取。

發明內容

本發明的目的在于針對上述所存在的問題，提供適用于寬帶水聲信號，特別是脈沖式寬帶水聲信號的一種小波跨尺度相關濾波的寬帶水聲信號處理方法。

本發明包括以下步驟：

1)被測信號的靜態離散小波變換；

在步驟1)中，所述被測信號的靜態離散小波變換可將被測水聲信號根據采樣頻率進行多尺度分解，得到不同頻帶的小波系數。

2)小波系數的平移修正；

在步驟2)中，所述小波系數的平移修正可將分解后得到的各小波系數與原信號作互相關，根據相關結果修正小波分解產生的偏移。

3)信號及干擾噪聲的小波系數特征分析；

在步驟3)中，所述信號及干擾噪聲的小波系數特征分析可根據分解后得到的各小波系數，分析信號和干擾噪聲隨分解尺度增加后的特征變化，為后續濾波閾值系數的選取提供依據。

4)不同尺度間的小波系數相關分析；

在步驟4)中，所述不同尺度間的小波系數相關分析可將分解后得到的各小波系數進行跨尺度相關處理，將信號特征顯著的小波系數與信號特征較弱的小波系數作相關，而非簡單的相鄰尺度的相關。

5)濾波閾值系數的選取；

在步驟5)中，所述濾波閾值系數的選取可根據信號及干擾噪聲的小波系數特征隨分解尺度的變化，選取不同尺度的閾值系數。

6)小波系數的閾值濾波和重構。