[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

本發明公開一種水聲信號的混合降噪方法，對含噪水聲信號進行VMD分解，其中VMD的分解數量由EMD的分解結果確定；計算由VMD分解出的每個變分模態分量和原始信號的相關系數，根據相關系數閾值篩選出噪聲變分模態分量；將所有噪聲變分模態分量進行求和，然后進行SVD差分譜降噪；重構信號并進行Savitzky?Golay濾波，得到降噪后的水聲信號；計算水聲信號降噪前后的關聯維度和噪聲強度，給出降噪前后的時序波形和二維相圖；本發明能夠進一步消除噪聲，降噪后水聲信號的相圖具有更光滑的軌道，吸引子具有更好的幾何結構規律性。

技術領域

本發明涉及水聲信號處理技術領域，具體為一種水聲信號的混合降噪方法。

背景技術

文獻“Research on ship-radiated noise denoising using secondaryvariational mode decomposition and correlation coefficient,Sensors,2018,18(1):48(1-17)”公開了一種基于變分模態分解和相關系數的水聲信號降噪方法，首先對原始水聲信號進行變分模態分解(Variational Mode Decomposition，VMD)，然后使用相關系數求出每個變分模態分量u_k和原始水聲信號的相關程度，將相關系數小于0.2的變分模態分量標記為噪聲成分并予以剔除，最后重構信號，取得較好的降噪效果。但是需要說明的是，該方法存在將噪聲變分模態分量直接剔除而導致有用信息被去除的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水聲信號的混合降噪方法，解決了現有的水聲降噪方法，在去除噪聲的時候，存在會將有用信息直接被去除的缺陷。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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：