[发明专利]一种小波跨尺度相关滤波的宽带水声信号处理方法

说明书

一种小波跨尺度相关滤波的宽带水声信号处理方法，涉及水声信号处理。被测信号的静态离散小波变换；小波系数的平移修正；信号及干扰噪声的小波系数特征分析；不同尺度间的小波系数相关分析；滤波阈值系数的选取；小波系数的阈值滤波和重构。采用静态离散小波变换，变换后得到的小波系数没有进行下采样，仍然是原信号的长度，避免了信号特征的抽样损失；修正小波分解后小波系数的偏移问题，提高了数据处理精度；小波系数跨尺度相关解决了相邻尺度相关系数可能较弱从而无法提取信号特征值的问题；根据含噪信号的小波分解系数特征，自适应的选取滤波阈值系数，解决了滤波阈值可能过大或过小的问题。

技术领域

本发明涉及水声信号处理，尤其是涉及一种小波跨尺度相关滤波的宽带水声信号处理方法。

背景技术

随着人类文明的发展，海洋的战略地位日益突显，各国积极开发利用海洋资源和空间，采用各种手段对海洋的水下环境进行探测、研究和开发。声波是目前在海洋中唯一能够进行远距离传播的能量形式，因此，在众多的海洋水下探测和开发设备中，声波探测是其主要使用的技术手段。

由于声波在海洋探测和开发中的广泛应用，因此水声信号的提取、处理和识别也就显得十分重要。不同的水声信号类型，其处理方法不同。对于窄带水声信号，可以通过带通滤波方法处理；对于确定性可重复水声信号，可以通过匹配滤波方法处理；但对于宽带水声信号，特别是宽带脉冲式水声信号，则处理复杂。除水声信号本身外，海洋中存在复杂的背景噪声来源，比如风浪噪声、降雨噪声、航船辐射噪声、海洋生物发声等。特别是降雨噪声、航船辐射噪声和海洋生物发声，均具有频域宽带、时域无规的特点，从而造成宽带水声信号处理的困难。

发明人在实际的工程实践中，常常需要对各种水下声探测信号进行提取和识别。对于单波束、多波束、侧扫等窄带确定性信号，通过带通滤波可以轻松实现提取。但对于单道地震、多道地震等宽带、脉冲式水声信号进行监测和处理时，则面临海洋环境背景噪声干扰，特别是近处航船辐射噪声干扰的问题，二者在频域带宽上部分重叠，在时域特性上则均是无规脉冲式信号。因此，要解决该问题则需要进一步从被测水声信号的其他特征入手，开展声信号的滤波和提取。

发明内容

本发明的目的在于针对上述所存在的问题，提供适用于宽带水声信号，特别是脉冲式宽带水声信号的一种小波跨尺度相关滤波的宽带水声信号处理方法。

本发明包括以下步骤：

1)被测信号的静态离散小波变换；

在步骤1)中，所述被测信号的静态离散小波变换可将被测水声信号根据采样频率进行多尺度分解，得到不同频带的小波系数。

2)小波系数的平移修正；

在步骤2)中，所述小波系数的平移修正可将分解后得到的各小波系数与原信号作互相关，根据相关结果修正小波分解产生的偏移。

3)信号及干扰噪声的小波系数特征分析；

在步骤3)中，所述信号及干扰噪声的小波系数特征分析可根据分解后得到的各小波系数，分析信号和干扰噪声随分解尺度增加后的特征变化，为后续滤波阈值系数的选取提供依据。

4)不同尺度间的小波系数相关分析；

在步骤4)中，所述不同尺度间的小波系数相关分析可将分解后得到的各小波系数进行跨尺度相关处理，将信号特征显著的小波系数与信号特征较弱的小波系数作相关，而非简单的相邻尺度的相关。

5)滤波阈值系数的选取；

在步骤5)中，所述滤波阈值系数的选取可根据信号及干扰噪声的小波系数特征随分解尺度的变化，选取不同尺度的阈值系数。

6)小波系数的阈值滤波和重构。