[发明专利]一种噪声合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种噪声合成方法，可以产生任意长度的具有特定功率谱特性以及振幅概率分布的噪声信号。

背景技术

人们往往需要在计算机上产生具有一定统计特性的噪声，或作为对信号的干扰背景，或作为特定的研究对象。例如，在估算信号处理方法的性能时，如果无法控制所产生的背景噪声的性质，将会使性能估算的结果发生严重偏差；在用计算机模拟方法研究特定类型的随机噪声时，如果产生的伪随机序列与模型要求不符，势必导致错误的结论；另外，通过数模转换设备，还可以把在计算机上产生的具有一定统计特性的伪随机序列变成模拟形式的噪声，在适当场合使用。

在语音识别领域，随着信息科学的不断发展，语音识别技术广泛的应用于车载、机载、舰载综合电子设备当中。在研究过程中，为测试识别的鲁棒性，采集不同环境，如车载、机载或者通信条件下的的噪声是不太现实的，因此如何实时而又轻松方便的模拟出期望的噪声环境，已逐渐成为一个重要课题。计算机噪声仿真就是以信号处理和统计学等理论为基础，以计算机和相关软件为工具，通过虚拟实验的方法来模拟期望噪声的一门综合性技术。

对于产生具有规定振幅概率分布的随机数，经典的方法有反函数法、变换法、舍选法。三种方法都可根据均匀分布的伪随机数，通过一定的变换关系和映射关系得到目标分布的伪随机序列。为了生成具有目标噪声振幅概率分布的随机序列，当前的方法都是给定一组固定噪声参数进行合成，通用性差,不便推广。

对于产生具有规定功率谱的随机序列，目前主要有两种解决方案，“相关传递法”和“FIR滤波器法”。文献“Polge R J,Holliday E M,Bhagavan B K.Generation of a pseudo-random set with desired correlation and probability distribution[J].Simulation,1973,20(5):153-158.”公开了一种称为“相关传递法”(为简单起见，下面用CT代之的解决方案，这是一种很有启发性的方法，用它可以使一个随机序列的相关特性传递给另一个随机序列，只要使第一个序列具有所要求的振幅分布，第二个序列具有规定的功率谱特性，用这个方法就可使前者同时具有规定的振幅分布和功率谱特性。该方法只能产生样本点数为2的整数幂的序列，而且当直接传递原始噪声的谱特性时，模拟结果序列长度必须要和原始序列长度一致，即此方法序列长度受到限制，无法连续生成随机噪声；文献“唐兵,朱艳,陈卫东.基于实测噪声信号的舰船辐射噪声重构[J].舰船科学技术,2013,34(11):148-151.”通过设计出一个具有与目标频谱特性相一致的特定幅频特性的FIR滤波器，再将高斯白噪声通过该FIR滤波器实现噪声信号的重构。这种方法设计的FIR滤波器无法满足系统响应速度是最快的，而且在只有目标功率谱的条件下，目标频谱的恢复也是困难的，如果采用随机相位谱，则得到结果频谱和目标频谱会有大的偏差；文献“向辉平,罗建,傅瑞锦.舰船宽带连续谱噪声的模拟[J].声学技术,2005,3:004.”采用自适应的方法设计出了目标频率响应的FIR滤波器，这种自适应的方法能实现对给定功率谱形状的舰船宽带连续谱噪声信号的模拟，但是这种方法要求预先观察期望噪声的频率特性，并据此设定期望响应，实现过程有主观性，而且计算复杂度高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种噪声合成方法，基于PC平台，利用参数估计、指定振幅概率分布白噪声生成以及最小相位滤波的方法，合成出具有要求振幅概率分布和功率谱特征的目标噪声。

技术方案

一种噪声合成方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过EM算法对目标噪声进行分析，得到目标噪声的分布参数：目标噪声的高斯均值目标噪声的高斯方差目标噪声的高斯权重所述目标噪声为需要合成噪声的样本噪声；

步骤2：通过线性同余法生成均匀分布的随机序列LCG(a,b,M,n₀)，将线性同余法生成的均匀分布序列通过Box_Muller变换得到标准正态分布随机变量，再对标准正态分布随机变量进行标准化处理得到绝对意义上的标准正态分布随机变量Y_new，再通过将标准正态分布随机变量Y_new映射到均值为标准差为的具有目标噪声振幅概率分布的白噪声Y_result；

其中：M为随机序列的模数，a为随机序列的乘数，b为随机序列的增量，N₀为随机序列的种子；