盲源分離技術(shù)及其水聲信號處理中的應(yīng)用

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1、盲源分離技術(shù)及其水聲信號處理中的應(yīng)用*章新華(海軍大連艦艇學(xué)院信息工程系大連116018)摘要:本文首先闡述一盲源分離的基本概念，簡述了盲分離技術(shù)的基本要點(diǎn)和目前分離算法的利弊，圍繞水聲信道環(huán)境的特殊性，提出了一種改進(jìn)的頻域盲分離算法，給出了一種解決頻域次序不確定性的方法。進(jìn)行了兩種背景下的仿真實(shí)驗(yàn)，得到了比較理想的分離效果。中文關(guān)鍵詞:盲源分離;水聲信號處理;船舶輻射噪聲中圖分類號:U666.73;文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ABlindSourceSeparationTechniquesandItsAppli

2、cationsinUnderwaterAcousticSignalProcessingMANGXin-hua(DepartmentofInformationEngineering,DalianNavalAcademy,Dalian116018,China)Abstract:Blindsourceseparation(BSS)techniqueisfirstlydiscussedinthepaper.Somekeyissuesofitanditsadvantagesordisadvantanalyz

3、ed.Basedonthespecialsituationofundetvwateracousticchannelanimprovedfrequency-domainBSSalgorithmisproposed.TWokindsofsimulationexperimentsareimplementedandsatisfactoryresultsareobtained.Keywords:blindsourceseparation;underwateracousticsignalprocessing;

4、ship-radiatednoise1引言在實(shí)際信號觀測(如語音、雷、聲納、通訊系統(tǒng))中，通常是用多傳感器(多陣元)觀測多源信號。由于缺乏信號傳輸通道和信號本身的先驗(yàn)知識，當(dāng)有多目標(biāo)信號源混合、環(huán)境噪聲復(fù)雜時(shí)，使得對感興趣信號的提取和分析十分困難。然而，在混雜的環(huán)境中提取感興趣的信號很重要，如:CocktailParty(雞尾酒會)問題就是其中的一個(gè)典例。這就引發(fā)了在未知傳輸信道和信號信息情況下，用信號源分離方法提取感興趣源信號的研究。這種技術(shù)就是盲信號處理，包括:獨(dú)立源盲分離、盲解卷、盲辨識。盲

5、源分離技術(shù)是一種對信號源知識、信道先驗(yàn)知識具有很好寬容性的自適應(yīng)陣列信號處理方法，即使在未知任何信號源信息和信道信息的情況下，僅滿足極有限的條件也能實(shí)現(xiàn)多源信號的分離和恢復(fù)。正因如此誘人的特點(diǎn)，這一技術(shù)引起了信號處理領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。目前，盲源分離技術(shù)已在通信信號處理，雷達(dá)信號處理、語音信號處理，生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域開展了廣泛研究。水聲領(lǐng)域的盲源分離研究起步較晚，難度也更大。·近年來，盲源分離技術(shù)在水聲信號處理領(lǐng)域的研究也越來越多，且取得了一定的成果?！疚氖紫汝U述盲源分離的基本概念，對主要算法進(jìn)行分

6、析比較，在此基礎(chǔ)上提出了適合水聲領(lǐng)域應(yīng)用的頻域分離算法，并給出了目前取得的主要結(jié)果?！疚牡玫絿易匀豢茖W(xué)基金伽o.60072049)和水聲技術(shù)國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(51445050101JB1601)資助作者簡介:章新華(1962-)，男，浙江桐廬人，博士，教授、博士生導(dǎo)師，從事水聲信號處理等研究。一145-2盲信號分離2.1問題描述在不考慮傳感器噪聲的情況下，盲源分離的問題在數(shù)學(xué)上可以描述如下:設(shè)傳感器數(shù)目為m，目標(biāo)源數(shù)目為，，X(k)=(XI(k),...,xm(k))T為k時(shí)刻的觀測向量，S

7、(k)=(SI(k),...,S.(k))T為k時(shí)刻的。個(gè)獨(dú)立源信號向量。盲處理的目的是在無其它信息的條件下僅根據(jù)觀測序列({X(1),X(2),?，}，估計(jì){S(1),S(2),-J.也就是說對觀測序列進(jìn)行某種反變換，還原出各個(gè)原始的獨(dú)立信號。信號混合與分離的原理如圖1所示。傳感器信號源分離信號x;(k)s,(k)Yl(k)Yr,(k)s,(k)‘·.·t一。·，.-.-·-、.一·-··一t-.，，·-.圖1典型多傳感器一多源信號分離原理圖在不考慮傳感器觀測噪聲情況下，傳感器的觀測向量rese

8、sex,(k)essese~一lx2(k)lX(k)we(1)吸weesseex.(k)J=H*S(k)這里，*表示卷積，傳輸函數(shù)H可能是無記憶的(當(dāng)前觀測與過去時(shí)刻的信號無關(guān))，也可能是有記憶的。如果是前者，則混合通道H稱為瞬時(shí)混合。如果是后者，則混合通道H稱為卷積混合，此時(shí)H的每個(gè)元素為多項(xiàng)式函數(shù)。借助于源信號的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性，選擇一定的準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)分離算法，‘使得尸一Y,(k)~~，Y,(k)Y(k).t(2)...tLY.(k)=W*X(k)這樣，Y(k)就是S(k)的一種估計(jì)，