航电系统噪声去除算法研究

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摘要：航电系统由于所处飞机上环境的复杂性，导致信号传输交换过程中会混入各种各样的系统噪声，如何去除系统数据的噪声，是考量飞机航电系统性能指标的一个关键技术。本文利用小波变换的良好局部特性，利用小波算法来对航电系统信号进行噪声滤除，经过验证，该算法具有较好的效果。

关键词：航空电子 数据总线 算法

中图分类号：TB556 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00

1 引言

近年来，随着航空制造技术的飞速发展，航空制造装备的技术日益复杂化，航空制造技术尤其是航电系统的技术含量更加密集。航电系统的日益复杂导致了各个子系统之间的电子干扰变得更加严重，各个子系统引入的系统噪声严重影响这航电系统的正常使用及性能指标。由于航电系统所处飞机环境的复杂性，各种航电系统数据在信息交换传输过程中不可避免的混入各种各样的噪声信号，如何滤除航电系统中的复杂噪声，成为航空制造企业航电系统工程师需要面对的非常棘手的问题，也是作为飞机航电系统性能指标的一项关键技术。

目前解决系统噪声的算法有很多种，不同的算法都会存在严重的短板，导致系统噪声滤除效果不理想，本文就是针对这个问题，利用小波变换的在时域和频域具有较好的局部化特性提取有用的信号，提出利用小波分析算法来进行噪声滤除，经过模拟航电系统信号进行算法进行验证，该算法具有较好的噪声滤除效果。

2 小波分析算法

小波变换是在傅里叶变换的基础上发展的，小波变换是通过伸缩和平移等对函数或信号多尺度变换，是空间和频率的局部变换，可以从信号中提取信息。傅里叶变换智能表示信号在整个时域上的频谱特征，加窗傅里叶变换只能反映窗口内的时域信息，小波变换是用的自适应窗，是尺度参数的函数，在分析高频信号时尺度参数减小，窗口会自动变小，频率窗口的高度会相应的增加，分析低频信号时，尺度参数增加，窗口会自动变大，频率窗口的高度会相应变小。

连续小波变换的公式：

其中，f（t）为给定信号函数，参数a和b为连续变量。时域上看，小波变换将f（t）的每个瞬态分量映射到平面上刚好对应分量的频率和发生时间，函数wf（a，b）在（a，b）上反映了时刻b频率为1/a的分量信息。

3 去噪算法设计分析

在航电系统中，系统噪声从信号处理分析角度，分为白噪声和有色噪声，白噪声是频率分量的能量均匀分布在整个带宽内，有色噪声是频率分量的能量集中在某个频带上。信号一般分为平稳信号和非平稳信号，如果信号随着时间变化是稳定不变的，均值相等、自相关函数仅仅和时间间隔有关，与所处的位置是没有关系的，那么这个信号是平稳的，平稳信号一般用傅里叶变换，非平稳信号由于是瞬时变化的时间，无法提前进行事先预知，非平稳信号分析一般用小波分析。小波变换是在傅里叶变换的基础上发展的一个算法，近年来在信号处理的很多领域应用都非常广泛。

小波分析在信号处理上最重要的作用就是信号降噪，小波变换在信号和噪声中有特有的传播特性，对叠加噪声的信号进行小波变换后，噪声的模极大值点个数随尺度因子增加而变小的，通常情况，大尺度的小波系数模极大值点大部分是由于信号产生出来的，所以我们可以利用这个特性从大尺度到小尺度逐渐确定系数，最后再重构下信号，这样就可以滤除系统信号的噪声了。

本文我们采用的滤除噪声的算法步骤主要是：首先对原始信号进行二带小波变换，选取5个尺度，求出每个尺度上的小波系数的模极大值点，然后从最大尺度5开始，选取一个阈值M，如果极值点的幅值绝对值小于M，则去掉该极值点，如果极值点的幅值绝对值大于M，则保留该极值点，极值点比较完毕后，在尺度i-1上计算尺度j上小波变换的模极大值的传播点，保留有用的信号产生的极值点，把噪声的极值点去掉。然后在尺度j上的极大值点，构造邻域函数，在尺度j-1上的极值点保留下邻域上的极大值点，把落在邻域外面的极值点剔除，不断重复这个步骤，直到把所有的极值点遍历完毕，最后把每个尺度上保留的极值点用合适的重构函数对信号进行恢复，这样就得到了我们需要的剔除完噪声的信号函数。

利用模拟航电系统的数字信号来验证本文的小波算法，采用3层小波分解，得到处理后的信号的信噪比为21.5和均方误差0.108，对模拟信号的噪声去除效果还是比较理想的，证明该算法对验证的信号去噪是有效的。

4 结语

本文主要针对航电系统的信号中混杂各种各样的噪声信号，严重干扰着航电系统正常的数据传输及交换，对飞机飞行安全具有较大的危害，利用小波变换的时域频率较好的局部特性，提出利用小波分析算法来对航电系统信号进行噪声过滤处理，经过模拟信号严重，该算法具有较好的噪声滤除效果，具有比较高的实用性。

参考文献

[1]陈若玉.新一代军机航电综合系统结构的探讨[J].航空电子技术，2000（01）.

[2]吴延昌.航空电子系统可信计算网络关键技术研究[D].西北工业大学，2006.

[3]谢文涛.综合航空电子系统结构及相关技术（上）[J].国际航空，1996（05）.

收稿日期：2016-01-27

作者简介：李雪（1982―），女，辽宁锦州人，工学学士，工程师，研究方向：计算机应用。