现代交通技术研究

基于高空作业环境的声纹信号自适应滤波与特征增强算法研究

吴 赟

浙江大合检测有限公司

沈 自珍

浙江建设职业技术学院

沈 嘉军

浙江理工大学

DOI: https://doi.org/10.59429/xdjtjs.v8i3.15389

Keywords: 高原作业；语音特征信号；自适应滤波；特征增强；可变步长 LMS；深度神经网络；信噪比提升

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Abstract

在高海拔作业环境中，语音信号检测受到风噪、机械噪声以及开阔空间中的多径效应等复杂干扰的影响，严 重降低了目标语音特征的识别性能。传统滤波方法无法同时实现稳态噪声抑制和瞬态语音特征保留。为解决这一问 题，提出了一种联合自适应滤波与特征增强算法，以提升高海拔作业场景下的语音识别可靠性。在自适应滤波阶段， 基于可变步长最小均方误差（VSSLMS）准则构建滤波器，并引入了环境感知系数动态调整策略。该策略使滤波器能 够根据实时风噪强度和机械噪声频谱动态调整收敛步长，从而有效抑制背景噪声，避免信号失真。在特征增强阶段， 设计了联合时频掩蔽与频谱减法框架，对滤波后的信号进行初步降噪处理。随后采用深度神经网络，从残留的噪声 中重建语音特征的残余信息，从而恢复被噪声掩盖的弱特征成分。实验在模拟的高原作业平台上采集了多条件数据， 涵盖不同风速、机械噪声水平和语音目标。结果表明，所提算法在低信噪比条件下可使目标语音特征清晰度提升约 40%，在特征保真度方面优于传统的频谱减法和固定步长 LMS 方法，并对突发风噪变化及机械冲击噪声具有良好的 鲁棒性。该方法有效解决了高原作业语音特征检测中的自适应滤波与特征增强问题，为高原设备故障预警和人员安 全监测提供了可靠的声学传感方案。

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References

[1] 李飞伟，许文凯，陈金威等. 配网高空作业多自由度机械底座优化与运动分析[J]. 中国设备工程，2026(15):92-95.

[2] 高凯波，王海洋，杨建军等. 基于自补偿双边滤波算法的高空间分辨率大应变 OFDR 系统[J]. 光学学报，2027,47(04).

[3] 楚芳芳. 建筑裂缝智能检测技术取得新突破 助力严控房屋安全隐患——基于改进 YOLOv8 算法的建筑表面裂缝智能检测方法[J].建筑，2026(7):34-35.

[4] 何杏宇，罗东旭，杨桂松. 基于双拓扑控制的异构多无人机动态网络覆盖[J]. 计算机应用研究，2026,43(10).

[5] 刘一凡，张梦滢. 基于北斗探空系统的高空大气要素探测精度提升研究[J]. 科技与创新，2026(13):209-211.

[6] 胡玥明，申彦波，张明伟等. 基于极轨与静止卫星数据的高时空分辨率地表太阳辐射融合算法[J]. 太阳能学报.

[7] 林志峰. 塔式起重机地面化操作系统关键技术研究[J]. 山西建筑，2026,52 (14):178-182.

[8] 谭翔，纪颖波. 建筑外墙外保温系统损伤定位及量化评估方法研究[J]. 特种结构，2026,43(3):116-122.

[9] 田洪迅，孙国繁，贾雷亮等. 输变电工程杆塔作业精准定位匹配点云挂点可靠性研究[J]. 电工技术，2026 (12):258-260.

[10] 王诗晴，朱毅. LCR-BiYOLO：高空视角下伏击目标双模态融合检测算法[J]. 计算机工程与应用.

[11] 龚玮诚，张一飞，陈天等. 临近空间长航时飞行器协同控制技术与应用[J]. 航空学报.

[12] 宿家瑞. 基于优化神经网络的大气温度垂直廓线反演[D]. 导师：何微微. 烟台大学，2026.

[13] 陈骏麟. 高空风力发电系统夹紧式摩擦滚筒能量传输效率及优化分析[D]. 导师：徐向阳. 重庆交通大学，2026.