一種針對(duì)無頻率跳變寬帶信號(hào)的分段降噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信號(hào)降噪方法，尤其是一種針對(duì)無頻率跳變寬帶信號(hào)的降噪方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，無頻率跳變的寬帶信號(hào)（如線性調(diào)頻信號(hào)，S型和多項(xiàng)式相位型非線性調(diào)頻 信號(hào)等）廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊及聲吶等領(lǐng)域，而工程應(yīng)用中，噪聲總不可避免，在某些情 況下，瞬時(shí)噪聲甚至可以完全淹沒信號(hào)，因此，高效、易于工程實(shí)現(xiàn)的降噪處理方法是此類 信號(hào)處理領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。
[0003] 國(guó)內(nèi)外針對(duì)無頻率跳變寬帶信號(hào)的降噪方法開展了大量研究，基于統(tǒng)計(jì)模型和時(shí) 頻分析等方法不斷被提出（如小波變換和分?jǐn)?shù)階傅里葉分析等），并且降噪的效果也不斷 提升。然而，這些方法基本都需要進(jìn)行時(shí)頻變換和二維搜索，計(jì)算量非常大，對(duì)處理系統(tǒng)的 運(yùn)算能力和功耗都帶來了巨大挑戰(zhàn)。此外，隨著現(xiàn)代雷達(dá)、通訊及聲吶系統(tǒng)向高度集成化方 向發(fā)展，系統(tǒng)要處理的任務(wù)越來越繁重，不可能分配過多的時(shí)間和資源用于降噪處理。因 此，如何在保證降噪效果的前提下，研究計(jì)算量小、易于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的針對(duì)無頻率跳變信號(hào)的 降噪方法是當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的無頻率跳變寬帶信號(hào)的降噪方法計(jì)算量較大， 影響信號(hào)降噪處理效率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種針對(duì)無頻率跳變寬帶信號(hào)的分段降噪 方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1，對(duì)含有噪聲的信號(hào)序列X(n)，n= 0,…，N-I進(jìn)行分段，形成分段后的信號(hào) 集為：
[0007] X(n) =U1 (m)，x2 (m)，? ? ?，Xi (m)，…，xq (m)}，i= 1，2,…，q，m= 0, 1，…，M-I
[0008] 式中，q為分段數(shù)，M為每段信號(hào)的樣本數(shù)，N為含有噪聲的信號(hào)序列總的樣本數(shù)；
[0009] 步驟2,對(duì)每個(gè)分段信號(hào)X1 (m)分別進(jìn)行快速傅里葉變換，并分別搜索獲得每個(gè)分 段信號(hào)X1 (m)中最大模的譜線，同時(shí)確定各個(gè)最大模的譜線所對(duì)應(yīng)的索引號(hào)k1(];
[0010] 步驟3,根據(jù)步驟2確定的各個(gè)索引號(hào)Ic1。分別計(jì)算頻偏Si，然后根據(jù)各個(gè)頻偏Si 將各個(gè)分段信號(hào)X1(Hl)進(jìn)行頻移得到相應(yīng)的頻移信號(hào)X1(Hl);
[0011] 步驟4,對(duì)各個(gè)頻移信號(hào)Xl(m)進(jìn)行快速傅里葉變換，在頻域搜索獲得各個(gè)頻移信 號(hào)X1(Hl)種最大模的譜線，保留各個(gè)最大模的譜線以及與該最大模的譜線前后相鄰的各兩 條譜線，其他譜線置〇,得到各個(gè)處理后的頻域樣本，然后對(duì)各個(gè)處理后的頻域樣本做逆快 速傅里葉變換，得到相應(yīng)的重構(gòu)信號(hào)[(叫；
[0012] 步驟5,對(duì)各個(gè)重構(gòu)信號(hào)^(w)做逆向頻移得到逆頻移信號(hào)孓⑶；)，并對(duì)各個(gè)逆頻 移信號(hào)孓(m)進(jìn)行首尾拼接，得到降噪后的原始信號(hào)X(n)。
[0013] 采用將無頻率跳變信號(hào)進(jìn)行分段方法，構(gòu)建分段樣本，然后通過計(jì)算分段樣本的 頻偏進(jìn)行頻移，使每段信號(hào)的中心頻率靠近量化頻率點(diǎn)，其目的是使信號(hào)能量在頻域中盡 量集中在少數(shù)幾條譜線，從而有效提高頻域降噪的效果；本發(fā)明的計(jì)算量主要集中在快速 傅里葉變換，相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用時(shí)頻分析法的二維搜索，本發(fā)明的計(jì)算量小、易于實(shí) 現(xiàn)，有效地滿足了現(xiàn)代雷達(dá)、通信等領(lǐng)域信號(hào)處理實(shí)時(shí)性的要求，因此有效地解決了相應(yīng)領(lǐng) 域信號(hào)處理負(fù)荷量大和功耗高的問題，具備較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，在步驟1中，若信號(hào)序列總的樣本數(shù)N不能被每段 信號(hào)的樣本數(shù)M整除，則在信號(hào)序列的尾部補(bǔ)0,以滿足q個(gè)分段中均有M個(gè)樣本；在步驟5 中剔除步驟1中末端補(bǔ)零形成的樣本。采用在尾部補(bǔ)〇能夠在N不能被M整除時(shí)仍確保q 個(gè)分段中均有M個(gè)樣本，方便后期整體計(jì)算。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，步驟3中頻偏5 ;的計(jì)算方法為：
[0017] 式中，Re( ?)表示取實(shí)部運(yùn)算。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，步驟3中根據(jù)各個(gè)頻偏Si計(jì)算頻移信號(hào)Xi(m)的 方法為：
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：（1)采用將無頻率跳變信號(hào)進(jìn)行分段，構(gòu)建分段樣本，然 后通過計(jì)算分段樣本的頻偏進(jìn)行頻移，使每段信號(hào)的中心頻率靠近量化頻率點(diǎn)，其目的是 使信號(hào)能量在頻域中盡量集中在少數(shù)幾條譜線，從而有效提高頻域降噪的效果；(2)本發(fā) 明的計(jì)算量主要集中在快速傅里葉變換，相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用時(shí)頻分析法的二維搜索， 本發(fā)明的計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)，有效提滿足了現(xiàn)代雷達(dá)、通信等領(lǐng)域信號(hào)處理實(shí)時(shí)性的要 求，因此有效地解決了相應(yīng)領(lǐng)域信號(hào)處理負(fù)荷量大和功耗高的問題，具備較高的工程應(yīng)用 價(jià)值。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明中采用分段降噪法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理前后的波形對(duì)比圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明中采用分段降噪法對(duì)信號(hào)處理后的輸入信噪比和輸出信噪比的仿 真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，所述的實(shí)施方式是示例性的， 僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，除非 另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的 普通技術(shù)人員的理解相同的意義。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明提供的針對(duì)無頻率跳變寬帶信號(hào)的分段降噪方法，包括如下 步驟：
[0028] 步驟1，對(duì)含有噪聲的信號(hào)序列X(n)，n= 0,…，N-I進(jìn)行分段，形成分段后的信號(hào) 集為：
[0029] X(n) =U1 (m)，x2 (m)，? ? ?，Xi (m)，…，xq (m)}，i= 1，2,…，q，m= 0, 1，…，M-I
[0030] 式中，q為分段數(shù)，M為每段信號(hào)的樣本數(shù)，N為含有噪聲的信號(hào)序列總的樣本數(shù)；
[0031] 當(dāng)M取 128 時(shí)，即x(0)~X(127)為第一段，令為X1(Hi),m= 0??? 127,X(128)~ X(255)為第二段，令為X2 (m)，m= 0? ? ? 127,依次類推；
[0032] 若信號(hào)序列總的樣本數(shù)N不能被每段信號(hào)的樣本數(shù)M整除，則在信號(hào)序列的尾部 補(bǔ)〇,以滿足q個(gè)分段中均有M個(gè)樣本，即當(dāng)N不是128的整數(shù)倍時(shí)，則取q-1 = [N/128]， 其中[?]表示取整運(yùn)算，在實(shí)際樣本X(128 ?q