多干擾成分的非穩態信號自適應濾波技術

石鑫　常自剛

摘要：信號在受到色噪聲和白噪聲混合干擾下產生非穩態突變，導致信號的檢測識別性能下降，需要進行濾波降噪處理，提出一種基于格型陷波器級聯的非穩態信號自適應濾波技術。構建直接性陷波器，采用高階檢波技術進行濾波器級聯設計，構建二階格型陷波器，根據濾波器傳輸函數的幅度和相位響應實現線譜增強和噪聲抵消，實現多干擾成分的非穩態信號自適應濾波改進。仿真結果表明，采用該濾波算法構建信號濾波器，能有效去除信號中的干擾噪聲成分，提高輸出信噪比。

關鍵詞：非穩態信號；自適應；濾波；信噪比

0引言

信號的產生來源很多，比如機械噪聲、振動信號、聲吶信號和電磁脈沖信號等。在信號采集的過程中，由于受到采集環境和采集設備自身因素的影響，導致信號中摻雜了大量的噪聲，噪聲形式通常為高斯色噪聲、高斯白噪聲以及瑞利噪聲等。在各種噪聲成分影響下，導致信號出現非平穩突變，從而產生跳頻和非穩態特性。為了實現對多干擾成分的非穩態信號的有效檢測，需要首先進行噪聲濾波處理，研究多干擾成分的非穩態信號自適應濾波技術，對提高信號源的定位分析和檢測能力方面具有重要意義，相關的濾波算法研究受到人們的極大重視。

信號濾波技術在雷達、聲納、通信及電子監測等領域有著廣泛的應用，傳統方法中，常見的信號濾波方法主要有IIR濾波、FIR濾波、自適應匹配濾波以及小波降噪濾波等，通過濾波算法對淹沒在背景噪聲中的線譜信號進行信息增強和噪聲抵消處理，提高輸出信噪比。具體來說，FIR濾波器是一種遞歸型的數字濾波器，并具有有限的記憶的特點，其缺點是運算量大，信號處理的實時性不好。而IIR濾波作為自適應線譜增強器研究十分活躍，常見的IIR濾波器有一階和二階兩種，該濾波器隨著階數的增大，增加了失調誤差，導致信號濾波性能下降。

為了克服傳統濾波器的弊端，本文進行濾波降噪處理優化設計，提出一種基于格型陷波器級聯的非穩態信號自適應濾波技術。首先構建直接性陷波器，采用高階檢波技術進行濾波器級聯設計，然后構建二階格型陷波器，根據濾波器傳輸函數的幅度和相位響應實現線譜增強和噪聲抵消，實現多干擾成分的非穩態信號自適應濾波改進。最后進行實驗測試分析，得出有效性結論，展示了本文方法在提高信號濾波檢測性能方面的優越性。

1信號模型構建與二階格型陷波器預處理

1.1多干擾成分的非穩態信號

為了實現對多干擾成分的非穩態信號的濾波處理，需要首先分析信號模型，信號模型采集來自于水下聲吶信號，取某次外場實驗的噪聲數據作為信號的干擾成分，噪聲數據中混有頻率為450 Hz的非平穩信號，令信號分布的第一個陣元為參考陣元，波束形成后在近場源中信號分布的頻帶展寬記為v（t，θ），即：