[發明專利]一種水聲信號的混合降噪方法

在審

• 申請號: 201810496638.7
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108387887A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 李國輝;楊智超;楊宏;張翔宇;關倩如;鄭蒙濤
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種水聲信號的混合降噪方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，對原始含噪水聲信號進行VMD分解得到一系列變分模態分量u_k；

步驟2，計算由VMD分解出的每個變分模態分量u_k和原始含噪水聲信號的相關系數ρ，然后將所得的相關系數ρ與噪聲閾值進行比較，其中，若所得的相關系數ρ小于噪聲閾值，則篩選出的為噪聲變分模態分量u_k'，否則，篩選出的為純潔變分模態分量u_k”；

步驟3，將所有篩選出的噪聲變分模態分量u_k'進行求和，然后再進行SVD差分譜降噪，得到降噪后的噪聲成分；

步驟4，將降噪后的噪聲成分與純潔變分模態分量u_k”進行重構，并進行Savitzky-Golay濾波，得到降噪后的水聲信號。

2.根據權利要求1所述的一種水聲信號的混合降噪方法，其特征在于，步驟1中，首先將原始含噪水聲信號進行EMD分解，得到一系列固有模態函數，接著將固有模態函數的數量設置為VMD的分解數目。

3.根據權利要求1所述的一種水聲信號的混合降噪方法，其特征在于，步驟2中，按以下公式計算每個變分模態分量u_k和原始信號的相關系數ρ：

式中，f和u_k分別代表原始信號和變分模態分量，D和Cov分別代表數學期望和協方差。

4.根據權利要求1所述的一種水聲信號的混合降噪方法，其特征在于，步驟3中，對所有噪聲變分模態分量u_k'之和進行SVD差分譜降噪的具體方法是：

首先，假設含噪的離散時間序列X＝[x(1),x(2),…,x(N)]；

然后，通過對離散時間序列X＝[x(1),x(2),…,x(N)]進行相空間重構，得到Hankel矩陣A_Hankel：

式中，N＝m+n-1，N為Hankel矩陣A_Hankel中的數據個數；m為Hankel矩陣A_Hankel中的的行數，且m的數值由N的奇偶性來確定：若N是偶數，則m＝N/2；否則m＝(N+1)/2；

接著，對A_Hankel進行奇異值分解，可得

式中，U、V是正交矩陣，Σ是非負對角陣；S＝diag(σ₁,σ₂,…,σ_r)，r是矩陣A_Hankel的秩，σ₁,σ₂,…,σ_r是A_Hankel的奇異值；

接著，將奇異值σ₁,σ₂,…,σ_r的正向差分b(i)按下式定義，進而得到奇異值的差分譜序列B＝(b₁,b₂,…,b_r-1):

b(i)＝|σ_i+1－σ_i|,i＝1,2，…,r-1

接著，通過奇異值的差分譜序列B確定SVD差分譜的最大值所對應的點K，同時將小于等于K的對應的奇異值進行保留，將大于K的對應的奇異值置為0，得到S₁＝diag(σ₁,σ₂,…,σ_k)，

最后，對Σ₁進行SVD反重構，即可實現信號降噪。