一种针对无频率跳变宽带信号的分段降噪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信号降噪方法，尤其是一种针对无频率跳变宽带信号的降噪方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，无频率跳变的宽带信号（如线性调频信号，S型和多项式相位型非线性调频 信号等）广泛应用于雷达、通讯及声呐等领域，而工程应用中，噪声总不可避免，在某些情 况下，瞬时噪声甚至可以完全淹没信号，因此，高效、易于工程实现的降噪处理方法是此类 信号处理领域的重要研究内容。
[0003] 国内外针对无频率跳变宽带信号的降噪方法开展了大量研究，基于统计模型和时 频分析等方法不断被提出（如小波变换和分数阶傅里叶分析等），并且降噪的效果也不断 提升。然而，这些方法基本都需要进行时频变换和二维搜索，计算量非常大，对处理系统的 运算能力和功耗都带来了巨大挑战。此外，随着现代雷达、通讯及声呐系统向高度集成化方 向发展，系统要处理的任务越来越繁重，不可能分配过多的时间和资源用于降噪处理。因 此，如何在保证降噪效果的前提下，研究计算量小、易于实时实现的针对无频率跳变信号的 降噪方法是当务之急。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是现有的无频率跳变宽带信号的降噪方法计算量较大， 影响信号降噪处理效率。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种针对无频率跳变宽带信号的分段降噪 方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1，对含有噪声的信号序列X(n)，n= 0,…，N-I进行分段，形成分段后的信号 集为：
[0007] X(n) =U1 (m)，x2 (m)，? ? ?，Xi (m)，…，xq (m)}，i= 1，2,…，q，m= 0, 1，…，M-I
[0008] 式中，q为分段数，M为每段信号的样本数，N为含有噪声的信号序列总的样本数；
[0009] 步骤2,对每个分段信号X1 (m)分别进行快速傅里叶变换，并分别搜索获得每个分 段信号X1 (m)中最大模的谱线，同时确定各个最大模的谱线所对应的索引号k1(];
[0010] 步骤3,根据步骤2确定的各个索引号Ic1。分别计算频偏Si，然后根据各个频偏Si 将各个分段信号X1(Hl)进行频移得到相应的频移信号X1(Hl);
[0011] 步骤4,对各个频移信号Xl(m)进行快速傅里叶变换，在频域搜索获得各个频移信 号X1(Hl)种最大模的谱线，保留各个最大模的谱线以及与该最大模的谱线前后相邻的各两 条谱线，其他谱线置〇,得到各个处理后的频域样本，然后对各个处理后的频域样本做逆快 速傅里叶变换，得到相应的重构信号[(叫；
[0012] 步骤5,对各个重构信号^(w)做逆向频移得到逆频移信号孓⑶；)，并对各个逆频 移信号孓(m)进行首尾拼接，得到降噪后的原始信号X(n)。
[0013] 采用将无频率跳变信号进行分段方法，构建分段样本，然后通过计算分段样本的 频偏进行频移，使每段信号的中心频率靠近量化频率点，其目的是使信号能量在频域中尽 量集中在少数几条谱线，从而有效提高频域降噪的效果；本发明的计算量主要集中在快速 傅里叶变换，相比较现有技术中采用时频分析法的二维搜索，本发明的计算量小、易于实 现，有效地满足了现代雷达、通信等领域信号处理实时性的要求，因此有效地解决了相应领 域信号处理负荷量大和功耗高的问题，具备较高的工程应用价值。
[0014] 作为本发明的进一步改进方案，在步骤1中，若信号序列总的样本数N不能被每段 信号的样本数M整除，则在信号序列的尾部补0,以满足q个分段中均有M个样本；在步骤5 中剔除步骤1中末端补零形成的样本。采用在尾部补〇能够在N不能被M整除时仍确保q 个分段中均有M个样本，方便后期整体计算。
[0015] 作为本发明的进一步限定方案，步骤3中频偏5 ;的计算方法为：
[0017] 式中，Re( ?)表示取实部运算。
[0018] 作为本发明的进一步限定方案，步骤3中根据各个频偏Si计算频移信号Xi(m)的 方法为：
[0022] 本发明的有益效果在于：（1)采用将无频率跳变信号进行分段，构建分段样本，然 后通过计算分段样本的频偏进行频移，使每段信号的中心频率靠近量化频率点，其目的是 使信号能量在频域中尽量集中在少数几条谱线，从而有效提高频域降噪的效果；(2)本发 明的计算量主要集中在快速傅里叶变换，相比较现有技术中采用时频分析法的二维搜索， 本发明的计算量小、易于实现，有效提满足了现代雷达、通信等领域信号处理实时性的要 求，因此有效地解决了相应领域信号处理负荷量大和功耗高的问题，具备较高的工程应用 价值。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的方法流程图；
[0024] 图2为本发明中采用分段降噪法对信号进行处理前后的波形对比图；
[0025] 图3为本发明中采用分段降噪法对信号处理后的输入信噪比和输出信噪比的仿 真图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，所述的实施方式是示例性的， 仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域的技术人员可以理解，除非 另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的 普通技术人员的理解相同的意义。
[0027] 如图1所示，本发明提供的针对无频率跳变宽带信号的分段降噪方法，包括如下 步骤：
[0028] 步骤1，对含有噪声的信号序列X(n)，n= 0,…，N-I进行分段，形成分段后的信号 集为：
[0029] X(n) =U1 (m)，x2 (m)，? ? ?，Xi (m)，…，xq (m)}，i= 1，2,…，q，m= 0, 1，…，M-I
[0030] 式中，q为分段数，M为每段信号的样本数，N为含有噪声的信号序列总的样本数；
[0031] 当M取 128 时，即x(0)~X(127)为第一段，令为X1(Hi),m= 0??? 127,X(128)~ X(255)为第二段，令为X2 (m)，m= 0? ? ? 127,依次类推；
[0032] 若信号序列总的样本数N不能被每段信号的样本数M整除，则在信号序列的尾部 补〇,以满足q个分段中均有M个样本，即当N不是128的整数倍时，则取q-1 = [N/128]， 其中[?]表示取整运算，在实际样本X(128 ?q