专利名称：噪声功率谱线谱检测方法
技术领域：
本发明属于信号处理技术领域，涉及一种噪声线谱检测的方法。
背景技术：
噪声中的线谱检测有重要的意义，传统的线谱提取过程仍存在运算复杂、计算量 大、容易错误提取线谱或者漏提取等缺点。其原因是趋势项提取的方法复杂和判决门限单
ο本发明针对这两个缺点，提出一种功率谱噪声线谱提取的方法。利用预先计算的 正交多项式序列进行谱数据滑动窗提取趋势项，简化了趋势项提取的计算量并易于实现。 采用幅度门限和对数门限提取目标线谱，有效降低了线谱的错误提取和漏提取概率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种噪声功率谱线谱检测方法，它能在均衡背景噪声，通 过幅度功率谱和对数功率谱的综合判决提取噪声中的线谱分量。本发明的目的是这样实现的一种噪声功率谱线谱检测方法，其特征在于针对噪声信号的功率谱，利用快速背 景均衡方法消除趋势项，利用差值谱和比值谱门限综合提取功率谱线谱。包括如下过程A.设噪声信号序列为s (η)，对其做功率谱估计，获取功率谱Pl (η)及对数功率谱 ρ2(η)，η为非负整数，B.利用滑动窗正交多项式相关拟合获取平滑谱设功率谱数据ρ (η)长度N点，取一长为M点的窗，Μ < N，步长m点，m < M,设窗的 初始起点w = 0与功率谱的起点重合，N、M及m为正整数，w非负整数，w为窗的起点位置，a)预先计算5组规范正交序列，计算方法
2/7X,( ) = (-—-1)' ’其中 i = 0,1,2,3,4, η = 0，1，…，Μ—1，
M-IXi (η)进行施密特Schimidt正交化，获得规范正交向量yi(n)，i = 0，1，2，3，4，b)在功率谱数据p(n)中取w，w+1, ... , w+M-1点作为待处理的窗口功率谱数据 sM(η),艮口 sM(η) = ρ (n+w), η = 0,1, ... , M-Ic)计算窗口功率谱数据sM(n)和规范正交向量71(11)的相关系数ri;d)计算窗口拟合谱 =取窗口拟合谱s' Μ(η)前m点数据填入平滑
/ = 0
谱数据ss (η)中，即SS (n+w) = s' Μ(η), η = 0,1, . . . , m_le)当 w+m+M < N-I 时，令 w = w+m，返回 b)，否贝丨J，进入 f)，f)当w+m+M > = N-I时，记w0 = w，再令w = N_1_M，在依次执行b)、c)后，计算
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.根据B方法，对功率谱pi (n)及对数功率谱ρ2 (η)进行滑动窗正交多项式拟合， 得到噪声信号的功率平滑谱Psl (η)和噪声信号的对数功率平滑谱ps2 (η)，D.计算功率谱和对数功率谱的差值谱并规范化，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)分别为功率谱规范差值谱和对数功率谱规范差值谱，Ε.设定幅度门限Gl和对数门限G2，提取功率谱和对数功率谱线谱pll (η)， ρ12(η)
/ pd\(n), pd\(n) > GlρΙ\{η) = Γ y 1
\ , else
/ pd2(n), pd2(n) > G2ρ12(η) = Γ
\0 , elseF.综合功率谱和对数功率谱获取目标线谱pl(n)，谱值以对数形式给出
/ρ12{ ), ρΙΙ( ) > O and ρ12{ ) > Opl(n) = {
\U , else与现有技术相比，本发明具有如下优点1)综合噪声功率谱和噪声对数功率谱提取线谱，较单一功率谱提取线谱更加可
罪；2)计算规范正交多项式的方法简单易行，采用滑动窗正交多项式相关拟合获取平 滑谱，可以获取较好的背景趋势项；3)本方法具有较好的可实现性。
四
图1是本发明的流程框图，其中，1.噪声信号；2.计算功率谱；3.滑动窗正交多项 式相关拟合；4.去趋势项、规范化；5.提取幅度线谱；6.计算对数功率谱；7.滑动窗正交多 项式相关拟合；8.去趋势项、规范化；9.提取对数幅度线谱；10.提取综合对数线谱。图2是滑动窗口中，N、M、m的相互关系示意图。图3是16384点噪声序列。图4是噪声功率谱序列(上图)和噪声对数功率谱序列(下图)。图5是规范正交序列。图6是噪声功率谱平滑谱(上图)和噪声对数功率谱平滑谱(下图)。图7是功率谱规范差值谱(上图)和对数功率谱规范差值谱(下图)。图8是噪声功率谱线谱。
五具体实施例方式针对噪声信号的功率谱，利用快速背景均衡方法消除趋势项，利用差值谱和比值
4谱门限综合提取功率谱线谱。包括如下过程实施例1一种噪声功率谱线谱检测方法，A.设噪声信号序列为s (η)，对其做功率谱估计，获取功率谱pi (η)及对数功率谱 ρ2(η)，η为非负整数，B.利用滑动窗正交多项式相关拟合获取平滑谱设功率谱数据ρ (η)长度N点，取一长为M点的窗，Μ < N，步长m点，m < M,设窗的 初始起点w = 0与功率谱的起点重合，N、M及m为正整数，w非负整数，w为窗的起点位置， N、M、m的关系如图2所示，a)预先计算5组规范正交序列，计算方法
2n= --iy ’其中 i = 0,1,2,3,4, η = 0，1，…，Μ—1，
M-I对Xi (η)进行施密特Schimidt正交化，获得规范正交向量yi (η)，i = 0,1,2,3,4,b)在功率谱数据p(n)中取w，w+1, ... , w+M-1点作为待处理的窗口功率谱数据 sM(η),艮口 sM(η) = ρ (n+w), η = 0,1, ... , M-Ic)计算窗口功率谱数据sM(n)和规范正交向量71(11)的相关系数ri;d)计算窗口拟合谱 (")=1>少>)取窗口拟合谱s' (η)前m点数据填入平滑
/=0
谱数据ss (η)中，即ss (n+w) = s' Μ(η), η = 0,1, . . . , m_le)当 w+m+M < N_1 时，令 w = w+m,返回 b)，否则，进入 f)，f)当w+m+M > = N_1时，记w0 = w，再令w = N-l-M，在依次执行b)、c)后，计算
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.根据B方法，对功率谱pi (n)及对数功率谱ρ2 (η)进行滑动窗正交多项式拟合， 得到噪声信号的功率平滑谱Psl (η)和噪声信号的对数功率平滑谱ps2 (η)，D.计算功率谱和对数功率谱的差值谱并规范化，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)分别为功率谱规范差值谱和对数功率谱规范差值谱，Ε.设定幅度门限Gl和对数门限G2，提取功率谱和对数功率谱线谱pll (η)， ρ12(η)
lpd\{n),pd\{n)>G\ρ (η)=
\ , else
/ pd2(n)，pd2(n) > G2pl2(n) = r 、/“
\ , elseF.综合功率谱和对数功率谱获取目标线谱pl(n)，谱值以对数形式给出/ pl2(n), pl\(n) > 0 and pl2(n) > 0餘、一实施例2首先采集目标噪声信号序列为8(11)，其中11 = 0,1, ...，16383，如图3所示。对 噪声信号做功率谱估计，获取功率谱Pl (η)及对数功率谱ρ2 (η)，如图4所示，其中η = 0， 1，. .，8191。取一长为M = 41点的窗，步长m = 5点，设窗的初始起点w = 0。根据B方法即利用滑动窗正交多项式相关拟合获取平滑谱，计算5组规范正交序 列71(1!)，士 = 0，1，2，3，4，如图5所示。对功率谱pl(n)及对数功率谱p2(n)进行滑动窗正 交多项式拟合，得到噪声信号的功率平滑谱psl (η)和噪声信号的对数功率平滑谱ps2 (η)， 如图6所示。计算功率谱和对数功率谱的差值谱并规范化，得到规范差值谱pdl (η)，pd2 (η)，如 图7所示。设定幅度门限Gl = 3. 0和对数门限G2 = 3. 0，提取功率谱和对数功率谱规范差值 谱？11(11)，？12(11)，综合后得到噪声的线谱？1(11)如图8所示。在图7中可以看到，功率谱 规范差值谱中，200点、3000点至4000点之间有多处幅度值超过3. 0的门限值，对数功率谱 的规范差值谱中，100点，200点，3000点均超过了 3. 0的门限值，经过两个结果的合并，得到 了 200点和3000点位置的值为线谱值，比单独的功率谱处理或对数功率谱处理降低了错误 提取线谱的概率。
权利要求
一种噪声功率谱线谱检测方法，其特征在于， A.设噪声信号序列为s(n)，对其做功率谱估计，获取功率谱p1(n)及对数功率谱p2(n)，n为非负整数， B.利用滑动窗正交多项式相关拟合获取平滑谱 设功率谱数据p(n)长度N点，取一长为M点的窗，M＜N，步长m点，m＜M，设窗的初始起点w＝0与功率谱的起点重合，N、M及m为正整数，w非负整数，w为窗的起点位置， a)预先计算5组规范止交序列，计算方法 其中i＝0，1，2，3，4，n＝0，1，...，M 1， 对xi(n)进行施密特Schimidt止交化，获得规范止交向量yi(n)，i＝0，1，2，3，4， b)在功率谱数据p(n)中取w，w+1，...，w+M 1点作为待处理的窗口功率谱数据sM(n)，即 sM(n)＝p(n+w)，n＝0，1，...，M 1 c)计算窗口功率谱数据sM(n)和规范止交向量yi(n)的相关系数ri， d)计算窗口拟合谱 取窗口拟合谱sM(n)前m点数据填入平滑谱数据ss(n)中，即 ss(n+w)＝sM(n)，n＝0，1，...，m 1 e)当w+m+M＜N 1时，令w＝w+m，返回b)，否则，进入f)， f)当w+m+M＞＝N 1时，记w0＝w，再令w＝N 1 M，在依次执行b)、c)后，计算 取ss(w0+m+n)＝sM(w0+m w+n)， 其中n＝0，1，...，M 1+w w0 m， C.根据B方法，对功率谱p1(n)及对数功率谱p2(n)进行滑动窗正交多项式拟合，得到噪声信号的功率平滑谱ps1(n)和噪声信号的对数功率平滑谱ps2(n)， D.计算功率谱和对数功率谱的差值谱并规范化， 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)分别为功率谱规范差值谱和对数功率谱规范差值谱， E.设定幅度门限G1和对数门限G2，提取功率谱和对数功率谱线谱pl1(n)，pl2(n) F.综合功率谱和对数功率谱获取目标线谱pl(n)，谱值以对数形式给出 。FSA00000265692800011.tif,FSA00000265692800012.tif,FSA00000265692800013.tif,FSA00000265692800021.tif,FSA00000265692800022.tif,FSA00000265692800023.tif
全文摘要
一种噪声功率谱线谱检测方法设噪声信号序列为s(n)，对其做功率谱估计，获取功率谱p1(n)及对数功率谱p2(n)，n为非负整数；利用滑动窗正交多项式相关拟合获取平滑谱，对功率谱p1(n)及对数功率谱p2(n)进行滑动窗正交多项式拟合，得到噪声信号的功率平滑谱ps1(n)和噪声信号的对数功率平滑谱ps2(n)，计算功率谱和对数功率谱的差值谱并规范化，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)分别为功率谱规范差值谱和对数功率谱规范差值谱，设定幅度门限G1和对数门限G2，提取功率谱和对数功率谱线谱pl1(n)，pl2(n)，，综合功率谱和对数功率谱获取目标线谱pl(n)，谱值以对数形式给出
文档编号H04B17/00GK101938317SQ20101027898
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者安良, 方世良, 李霞, 王晓燕, 罗昕炜 申请人:东南大学