基于噪声抑制门的两级自适应线谱增强算法

马 凯 蔡昱明 王易川 程玉胜

①(海军潜艇学院 青岛 266000)

②(91001部队 北京 100036)

1 引言

随着舰船辐射噪声[1]的降低，从强海洋背景噪声中检测出弱的线谱[2]信号，是近年来水声信号处理[3]领域的一个重要研究内容。常用的声呐线谱检测[4–8]方法大都采用傅里叶变换处理方法，但该方法在低信噪比下线谱检测能力较差。1960年，Widrow和Hoff提出了最小均方误差(LMS)算法，因其计算量小且容易实现而得到广泛关注[9–14]，并用于自适应滤波[15,16]、自适应线谱增强等各个方面。自适应线谱增强[17–23](ALE)算法，可以有效抑制噪声，增强线谱，适合于强噪声背景下的信号检测。但其性能随着信噪比的降低急剧下降，针对此问题本文提出基于噪声抑制门的2级ALE算法，可有效地提高其在低信噪比下的性能。

2 基于噪声抑制门的降噪预处理

假设淹没在随机噪声中的CW(Continuous Wave)信号可表示为

图1 Rn(t)

图4为常规FFT方法得到的频谱图与经过噪声抑制门处理后的频谱图的对比，信号经过FFT处理后信噪比为2.6 dB，经过噪声抑制门处理后信噪比为12.2 dB，噪声能量得到明显抑制，信噪比提高了大约9.6 dB。

3 2级ALE算法

3.1 ALE算法原理

ALE算法是宽带噪声背景下检测单频信号或窄带信号的自适应谱估计技术，它不需要独立的参考信号，广泛应用于线谱检测、窄带检测等领域。

图5为自适应线谱增强器的原理框图，图中x(k)为 输入信号，s (k)为 单频或窄带信号，n (k)为高斯白噪声，则ALE的计算公式为

图2 Rs(t)

图3 噪声抑制门示意图

ALE算法在信噪比较高时效果较好，但当信号的信噪比较低时，算法性能下降较为严重，基于此，本文提出2级自适应线谱增强算法。……