專利名稱：噪聲功率譜線譜檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種噪聲線譜檢測的方法。
背景技術(shù)：
噪聲中的線譜檢測有重要的意義，傳統(tǒng)的線譜提取過程仍存在運算復(fù)雜、計算量 大、容易錯誤提取線譜或者漏提取等缺點。其原因是趨勢項提取的方法復(fù)雜和判決門限單
ο本發(fā)明針對這兩個缺點，提出一種功率譜噪聲線譜提取的方法。利用預(yù)先計算的 正交多項式序列進行譜數(shù)據(jù)滑動窗提取趨勢項，簡化了趨勢項提取的計算量并易于實現(xiàn)。 采用幅度門限和對數(shù)門限提取目標線譜，有效降低了線譜的錯誤提取和漏提取概率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種噪聲功率譜線譜檢測方法，它能在均衡背景噪聲，通 過幅度功率譜和對數(shù)功率譜的綜合判決提取噪聲中的線譜分量。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種噪聲功率譜線譜檢測方法，其特征在于針對噪聲信號的功率譜，利用快速背 景均衡方法消除趨勢項，利用差值譜和比值譜門限綜合提取功率譜線譜。包括如下過程A.設(shè)噪聲信號序列為s (η)，對其做功率譜估計，獲取功率譜Pl (η)及對數(shù)功率譜 ρ2(η)，η為非負整數(shù)，B.利用滑動窗正交多項式相關(guān)擬合獲取平滑譜設(shè)功率譜數(shù)據(jù)ρ (η)長度N點，取一長為M點的窗，Μ < N，步長m點，m < M,設(shè)窗的 初始起點w = 0與功率譜的起點重合，N、M及m為正整數(shù)，w非負整數(shù)，w為窗的起點位置，a)預(yù)先計算5組規(guī)范正交序列，計算方法
2/7X,( ) = (-—-1)' ’其中 i = 0,1,2,3,4, η = 0，1，…，Μ—1，
M-IXi (η)進行施密特Schimidt正交化，獲得規(guī)范正交向量yi(n)，i = 0，1，2，3，4，b)在功率譜數(shù)據(jù)p(n)中取w，w+1, ... , w+M-1點作為待處理的窗口功率譜數(shù)據(jù) sM(η),艮口 sM(η) = ρ (n+w), η = 0,1, ... , M-Ic)計算窗口功率譜數(shù)據(jù)sM(n)和規(guī)范正交向量71(11)的相關(guān)系數(shù)ri;d)計算窗口擬合譜 =取窗口擬合譜s' Μ(η)前m點數(shù)據(jù)填入平滑
/ = 0
譜數(shù)據(jù)ss (η)中，即SS (n+w) = s' Μ(η), η = 0,1, . . . , m_le)當(dāng) w+m+M < N-I 時，令 w = w+m，返回 b)，否貝丨J，進入 f)，f)當(dāng)w+m+M > = N-I時，記w0 = w，再令w = N_1_M，在依次執(zhí)行b)、c)后，計算
sM (η) = Yj ^yi (η) ’取 ss (wO+m+n) = s' M (wO+m-w+n),
I=O其中 n = 0，l，···，M-l+w-wO-m,C.根據(jù)B方法，對功率譜pi (n)及對數(shù)功率譜ρ2 (η)進行滑動窗正交多項式擬合， 得到噪聲信號的功率平滑譜Psl (η)和噪聲信號的對數(shù)功率平滑譜ps2 (η)，D.計算功率譜和對數(shù)功率譜的差值譜并規(guī)范化，pdl(n) = [pi (η) -psl (η) ] /std {[pi (η) -psl (η) ]}pd2 (η) = [ρ2 (η)-ps2 (η) ]/std {[ρ2 (η)-ps2 (η) ]}pdl (η)，pd2 (η)分別為功率譜規(guī)范差值譜和對數(shù)功率譜規(guī)范差值譜，Ε.設(shè)定幅度門限Gl和對數(shù)門限G2，提取功率譜和對數(shù)功率譜線譜pll (η)， ρ12(η)
/ pd\(n), pd\(n) > GlρΙ\{η) = Γ y 1
\ , else
/ pd2(n), pd2(n) > G2ρ12(η) = Γ
\0 , elseF.綜合功率譜和對數(shù)功率譜獲取目標線譜pl(n)，譜值以對數(shù)形式給出
/ρ12{ ), ρΙΙ( ) > O and ρ12{ ) > Opl(n) = {
\U , else與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)綜合噪聲功率譜和噪聲對數(shù)功率譜提取線譜，較單一功率譜提取線譜更加可
罪；2)計算規(guī)范正交多項式的方法簡單易行，采用滑動窗正交多項式相關(guān)擬合獲取平 滑譜，可以獲取較好的背景趨勢項；3)本方法具有較好的可實現(xiàn)性。
四

圖1是本發(fā)明的流程框圖，其中，1.噪聲信號；2.計算功率譜；3.滑動窗正交多項 式相關(guān)擬合；4.去趨勢項、規(guī)范化；5.提取幅度線譜；6.計算對數(shù)功率譜；7.滑動窗正交多 項式相關(guān)擬合；8.去趨勢項、規(guī)范化；9.提取對數(shù)幅度線譜；10.提取綜合對數(shù)線譜。圖2是滑動窗口中，N、M、m的相互關(guān)系示意圖。圖3是16384點噪聲序列。圖4是噪聲功率譜序列(上圖)和噪聲對數(shù)功率譜序列(下圖)。圖5是規(guī)范正交序列。圖6是噪聲功率譜平滑譜(上圖)和噪聲對數(shù)功率譜平滑譜(下圖)。圖7是功率譜規(guī)范差值譜(上圖)和對數(shù)功率譜規(guī)范差值譜(下圖)。圖8是噪聲功率譜線譜。
五具體實施例方式針對噪聲信號的功率譜，利用快速背景均衡方法消除趨勢項，利用差值譜和比值
4譜門限綜合提取功率譜線譜。包括如下過程實施例1一種噪聲功率譜線譜檢測方法，A.設(shè)噪聲信號序列為s (η)，對其做功率譜估計，獲取功率譜pi (η)及對數(shù)功率譜 ρ2(η)，η為非負整數(shù)，B.利用滑動窗正交多項式相關(guān)擬合獲取平滑譜設(shè)功率譜數(shù)據(jù)ρ (η)長度N點，取一長為M點的窗，Μ < N，步長m點，m < M,設(shè)窗的 初始起點w = 0與功率譜的起點重合，N、M及m為正整數(shù)，w非負整數(shù)，w為窗的起點位置， N、M、m的關(guān)系如圖2所示，a)預(yù)先計算5組規(guī)范正交序列，計算方法
2n= --iy ’其中 i = 0,1,2,3,4, η = 0，1，…，Μ—1，
M-I對Xi (η)進行施密特Schimidt正交化，獲得規(guī)范正交向量yi (η)，i = 0,1,2,3,4,b)在功率譜數(shù)據(jù)p(n)中取w，w+1, ... , w+M-1點作為待處理的窗口功率譜數(shù)據(jù) sM(η),艮口 sM(η) = ρ (n+w), η = 0,1, ... , M-Ic)計算窗口功率譜數(shù)據(jù)sM(n)和規(guī)范正交向量71(11)的相關(guān)系數(shù)ri;d)計算窗口擬合譜 (")=1>少>)取窗口擬合譜s' (η)前m點數(shù)據(jù)填入平滑
/=0
譜數(shù)據(jù)ss (η)中，即ss (n+w) = s' Μ(η), η = 0,1, . . . , m_le)當(dāng) w+m+M < N_1 時，令 w = w+m,返回 b)，否則，進入 f)，f)當(dāng)w+m+M > = N_1時，記w0 = w，再令w = N-l-M，在依次執(zhí)行b)、c)后，計算
5sM (η) = Yj r,y, (η) ’取 ss (wO+m+n) = s' M (wO+m-w+n)，
,=O其中 n = 0，l，···，M-l+w-wO-m,C.根據(jù)B方法，對功率譜pi (n)及對數(shù)功率譜ρ2 (η)進行滑動窗正交多項式擬合， 得到噪聲信號的功率平滑譜Psl (η)和噪聲信號的對數(shù)功率平滑譜ps2 (η)，D.計算功率譜和對數(shù)功率譜的差值譜并規(guī)范化，pdl(n) = [pi (n)-psl (n)]/std{[pl (n)-psl (η)]}pd2 (η) = [p2 (η)-ps2 (η) ]/std {[p2 (η)-ps2 (η) ]}pdl (η)，pd2 (η)分別為功率譜規(guī)范差值譜和對數(shù)功率譜規(guī)范差值譜，Ε.設(shè)定幅度門限Gl和對數(shù)門限G2，提取功率譜和對數(shù)功率譜線譜pll (η)， ρ12(η)
lpd\{n),pd\{n)>G\ρ (η)=
\ , else
/ pd2(n)，pd2(n) > G2pl2(n) = r 、/“
\ , elseF.綜合功率譜和對數(shù)功率譜獲取目標線譜pl(n)，譜值以對數(shù)形式給出/ pl2(n), pl\(n) > 0 and pl2(n) > 0餘、一實施例2首先采集目標噪聲信號序列為8(11)，其中11 = 0,1, ...，16383，如圖3所示。對 噪聲信號做功率譜估計，獲取功率譜Pl (η)及對數(shù)功率譜ρ2 (η)，如圖4所示，其中η = 0， 1，. .，8191。取一長為M = 41點的窗，步長m = 5點，設(shè)窗的初始起點w = 0。根據(jù)B方法即利用滑動窗正交多項式相關(guān)擬合獲取平滑譜，計算5組規(guī)范正交序 列71(1!)，士 = 0，1，2，3，4，如圖5所示。對功率譜pl(n)及對數(shù)功率譜p2(n)進行滑動窗正 交多項式擬合，得到噪聲信號的功率平滑譜psl (η)和噪聲信號的對數(shù)功率平滑譜ps2 (η)， 如圖6所示。計算功率譜和對數(shù)功率譜的差值譜并規(guī)范化，得到規(guī)范差值譜pdl (η)，pd2 (η)，如 圖7所示。設(shè)定幅度門限Gl = 3. 0和對數(shù)門限G2 = 3. 0，提取功率譜和對數(shù)功率譜規(guī)范差值 譜？11(11)，？12(11)，綜合后得到噪聲的線譜？1(11)如圖8所示。在圖7中可以看到，功率譜 規(guī)范差值譜中，200點、3000點至4000點之間有多處幅度值超過3. 0的門限值，對數(shù)功率譜 的規(guī)范差值譜中，100點，200點，3000點均超過了 3. 0的門限值，經(jīng)過兩個結(jié)果的合并，得到 了 200點和3000點位置的值為線譜值，比單獨的功率譜處理或?qū)?shù)功率譜處理降低了錯誤 提取線譜的概率。
權(quán)利要求
一種噪聲功率譜線譜檢測方法，其特征在于， A.設(shè)噪聲信號序列為s(n)，對其做功率譜估計，獲取功率譜p1(n)及對數(shù)功率譜p2(n)，n為非負整數(shù)， B.利用滑動窗正交多項式相關(guān)擬合獲取平滑譜 設(shè)功率譜數(shù)據(jù)p(n)長度N點，取一長為M點的窗，M＜N，步長m點，m＜M，設(shè)窗的初始起點w＝0與功率譜的起點重合，N、M及m為正整數(shù)，w非負整數(shù)，w為窗的起點位置， a)預(yù)先計算5組規(guī)范止交序列，計算方法 其中i＝0，1，2，3，4，n＝0，1，...，M 1， 對xi(n)進行施密特Schimidt止交化，獲得規(guī)范止交向量yi(n)，i＝0，1，2，3，4， b)在功率譜數(shù)據(jù)p(n)中取w，w+1，...，w+M 1點作為待處理的窗口功率譜數(shù)據(jù)sM(n)，即 sM(n)＝p(n+w)，n＝0，1，...，M 1 c)計算窗口功率譜數(shù)據(jù)sM(n)和規(guī)范止交向量yi(n)的相關(guān)系數(shù)ri， d)計算窗口擬合譜 取窗口擬合譜sM(n)前m點數(shù)據(jù)填入平滑譜數(shù)據(jù)ss(n)中，即 ss(n+w)＝sM(n)，n＝0，1，...，m 1 e)當(dāng)w+m+M＜N 1時，令w＝w+m，返回b)，否則，進入f)， f)當(dāng)w+m+M＞＝N 1時，記w0＝w，再令w＝N 1 M，在依次執(zhí)行b)、c)后，計算 取ss(w0+m+n)＝sM(w0+m w+n)， 其中n＝0，1，...，M 1+w w0 m， C.根據(jù)B方法，對功率譜p1(n)及對數(shù)功率譜p2(n)進行滑動窗正交多項式擬合，得到噪聲信號的功率平滑譜ps1(n)和噪聲信號的對數(shù)功率平滑譜ps2(n)， D.計算功率譜和對數(shù)功率譜的差值譜并規(guī)范化， pd1(n)＝[p1(n) ps1(n)]/std{[p1(n) ps1(n)]} pd2(n)＝[p2(n) ps2(n)]/std{[p2(n) ps2(n)]} pd1(n)，pd2(n)分別為功率譜規(guī)范差值譜和對數(shù)功率譜規(guī)范差值譜， E.設(shè)定幅度門限G1和對數(shù)門限G2，提取功率譜和對數(shù)功率譜線譜pl1(n)，pl2(n) F.綜合功率譜和對數(shù)功率譜獲取目標線譜pl(n)，譜值以對數(shù)形式給出 。FSA00000265692800011.tif,FSA00000265692800012.tif,FSA00000265692800013.tif,FSA00000265692800021.tif,FSA00000265692800022.tif,FSA00000265692800023.tif
全文摘要
一種噪聲功率譜線譜檢測方法設(shè)噪聲信號序列為s(n)，對其做功率譜估計，獲取功率譜p1(n)及對數(shù)功率譜p2(n)，n為非負整數(shù)；利用滑動窗正交多項式相關(guān)擬合獲取平滑譜，對功率譜p1(n)及對數(shù)功率譜p2(n)進行滑動窗正交多項式擬合，得到噪聲信號的功率平滑譜ps1(n)和噪聲信號的對數(shù)功率平滑譜ps2(n)，計算功率譜和對數(shù)功率譜的差值譜并規(guī)范化，pd1(n)＝[p1(n)-ps1(n)]/std{[p1(n)-ps1(n)]}pd2(n)＝[p2(n)-ps2(n)]/std{[p2(n)-ps2(n)]}，pd1(n)，pd2(n)分別為功率譜規(guī)范差值譜和對數(shù)功率譜規(guī)范差值譜，設(shè)定幅度門限G1和對數(shù)門限G2，提取功率譜和對數(shù)功率譜線譜pl1(n)，pl2(n)，，綜合功率譜和對數(shù)功率譜獲取目標線譜pl(n)，譜值以對數(shù)形式給出
文檔編號H04B17/00GK101938317SQ20101027898
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者安良, 方世良, 李霞, 王曉燕, 羅昕煒 申請人:東南大學(xué)