0 引言

    無線電探空儀是對流層、平流層進行大氣探測的重要手段之一^[1-2]，可以綜合獲得大氣壓強、風場、溫度、濕度等信息，具備探測實時性強、時間空間分辨率較高等特點^[3]。目前世界各地運行著的龐大而完整的全球探測網(wǎng)，源源不斷地積累的海量數(shù)據(jù)，不斷促進著人們對與全球氣候變化趨勢、大氣氣象動力學(xué)過程以及局地大氣暫態(tài)結(jié)構(gòu)等活動的理解^[4-5]。

    然而實際的探測數(shù)據(jù)中往往夾雜著大量的隨機噪聲，特別是在風場數(shù)據(jù)中，存在著強烈的非線性非平穩(wěn)穩(wěn)定噪聲，有時甚至幾乎能將信號淹沒^[6]，這些噪聲的存在也影響著后續(xù)科學(xué)研究的真實可靠性。

    針對非平穩(wěn)非線性噪聲的存在，科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)明了短時傅里葉變換、小波變換、主成分分析、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)等一系列手段^[7-9]。然而這些方法也各有優(yōu)缺點，小波變換在時域和頻域都具有較好的表現(xiàn)，然而存在著基函數(shù)的選取問題，無法自適應(yīng)地處理信號^[10]；EMD方法可以按照信號本身的特點對于復(fù)雜的原始信號進行分解，得到若干個尺度不一樣的本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)，可以分析信號的瞬時幅值、瞬時頻率等實時特征，然而卻容易引起模態(tài)混疊、邊界效應(yīng)等問題，目前還缺乏良好的理論性論證，計算效率也有待于進一步提高^[11]。

    變分模態(tài)分解法(Variational Mode Decomposition，VMD)于2014年被首次提出，這種方法把信號IMF分量的獲取過程轉(zhuǎn)移到變分框架內(nèi)進行，能夠更好地實現(xiàn)復(fù)雜信號的準確分離，同時也具備較好的抗噪聲干擾能力，在模態(tài)混疊和邊界效應(yīng)的處理上都有著更好的表現(xiàn)^[12]。近年來，VMD方法也在許多領(lǐng)域內(nèi)取得了很好的效果^[13-14]。

    鑒于VMD算法在自適應(yīng)信號處理方面的優(yōu)點，本文結(jié)合相關(guān)系數(shù)比值、小波包信號分解等方法的優(yōu)點，先利用VMD方法對信號進行分解，然后計算各個模態(tài)分量與原始信號的相關(guān)性，從而獲得相關(guān)模態(tài)和非相關(guān)模態(tài)，在此基礎(chǔ)上對于非相關(guān)模態(tài)進行小波分析和提取，提取其中的有用信息，最后將全部有用的信息進行重構(gòu)實現(xiàn)去噪。仿真信號和實際信號的分析，都驗證了這種方法應(yīng)用于無線電探空儀風回波信號特征提取的可靠性，具有良好的降噪和信號分離能力。

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作者信息:

李  俊1，黃開明2，帥  晶1 

(1.湖北經(jīng)濟學(xué)院 信息與通信工程學(xué)院，湖北 武漢430205；

2.武漢大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，湖北 武漢430072)