基于空频域稀疏表示的宽频段DOA估计

该文提出一种基于空频域稀疏表示的宽频段波达方向(DOA)估计方法,解决稀疏表示方法在宽带接收机对窄带信号的频率和角度估计中的难题。用空间频率代替频率和方位角的 2 维组合构建过完备字典,字典的长度仅相当于窄带信号DOA估计的字典长度,却能覆盖整个无模糊频段,大大降低了稀疏分解的计算量。该方法首先在频域估计信号的准确频率,根据频域峰值的位置构建频域峰值协方差矩阵。对频域峰值协方差矩阵进行特征分解,利用主特征向量建立稀疏模型估计信号的DOA。算法在低信噪比下具有较高的估计精度,仿真实验和分析验证了该文方法的正确性和有效性。     

宽带协方差矩阵的多字典联合稀疏表示DOA估计

为了直接处理相干宽带信号和提高其波达方向估计的分辨率,提出一种基于宽带协方差矩阵的多字典联合稀疏分解估计方法。首先,利用多个频率点处的过完备基对其协方差矩阵进行稀疏表示,然后形成多个字典的多测量矢量稀疏表示模型,最后通过多字典稀疏表示系数的联合稀疏约束以求解稀疏反问题的形式实现宽带信号的波达方向估计。对于均匀线阵结构,多字典协方差矩阵稀疏表示系数的联合稀疏性使其不再受空域采样条件的限制,既可通过增大阵元间距提高分辨率,而又无空域混叠现象。通过对噪声功率的预估计抑制噪声,提高了波达方向估计的稳健性。另外,该方法与信号协方差矩阵的秩无关,对相干信号和不相干信号都适用。仿真实验验证了该方法的有效性。      

基于过完备结构字典的跳频信号稀疏分解

过完备字典下的信号稀疏分解能够充分利用信号的结构特征,具有更好的稀疏分解性能。主要研究了跳频信号在过完备字典下的稀疏分解,提出了过完备结构字典下的跳频信号稀疏分解方法。利用跳频信号固有的结构特性,构造更加接近跳频信号结构特征的过完备字典,并采用FFT改进的匹配追踪算法对跳频信号进行稀疏分解。仿真结果表明该方法在分解效果和分解所需时间方面都有很大改善。     

基于稀疏重构的角度-速度联合目标参数估计方法

针对目标多参数联合估计问题,利用目标在空-频域的稀疏性,提出了一种基于奇异值分解的正则化多测量矢量欠定系统聚焦求解(SVD-RMFOCUSS)算法,实现了目标角度速度参数的联合估计。在发射信号采用脉间捷变频技术的基础上,通过建立基于过完备字典矩阵的角度速度估计信号模型,采用奇异值分解提取信号子空间以降低运算量,利用RMFOCUSS算法完成目标角度速度参数与字典元素的自动匹配,给出了基于MUSIC算法的角度速度联合谱计算公式,并与文中所提算法进行了比较。仿真实验表明文中所提方法可以在低信噪比的情况下实现目标参数的精确估计,且估计性能优于MUSIC方法,具有更高的角度、速度分辨力及估计精度。同时该方法也适用于强欺骗干扰下对弱信号的检测与估计。     

基于迭代自适应稀疏分解的雷达信号去噪

稀疏分解能有效分离信号和噪声,因此适用于信号去噪.文中构造了雷达回波稀疏表示的冗余字典,字典原子与目标回波波形匹配,基于该字典的雷达回波信号稀疏度就是目标数.针对稀疏度自适应匹配追踪算法进行低信噪比信号稀疏分解时的不足,提出了一种迭代自适应匹配追踪算法,采用规范化的残差之差作为迭代终止条件,使得稀疏分解过程能依据噪声水平自适应终止,以逐次逼近方式估计信号稀疏度,改善了稀疏分解的精度.仿真实验结果表明,该算法在低信噪比以及稀疏度未知的条件下,实现了雷达回波信号的准确稀疏分解,极大地提高了信噪比.     

基于子空间的三阶多项式相位信号快速稀疏分解算法

针对稀疏分解冗余字典中原子数量庞大的缺点,该文提出一种三阶多项式相位信号的快速稀疏分解算法。该算法根据三阶多项式相位信号的特点,把原有信号变换成两个子空间信号,并根据这两个子空间信号构建相应的冗余字典,然后采用正交匹配追踪法来完成其稀疏分解,最后利用稀疏分解原理完成原有信号的稀疏分解。该算法把原有信号变换成两个不同子空间信号,构建了两个不同的冗余字典,对比采用一个冗余字典库,这种采用两个冗余字典的算法大大减少了原子数量,并且通过快速傅里叶变换,在一个冗余字典进行稀疏分解时,同时找到另一个冗余字典中的最匹配的原子。因此该算法通过减少原子数量和采用快速傅里叶变换大大加快了稀疏分解速度。实验结果表明,相比于采用Gabor原子构建的冗余字典,采用匹配追踪算法与遗传算法及最近提出的基于调制相关划分的快速稀疏分解,它的稀疏分解速度更快,并且具有更好的收敛性。     

宽带独立信号和相干信号的DOA估计

当独立信号和相干信号共存时,传统四阶累积量方法无法估计出宽带相干信号的来波方向(DOA),针对这个问题提出了一种新方法。该方法首先通过离散傅里叶变换,将宽带阵列接收数据分解为若干个窄带信号,构造出各个窄带频率处的自相关矩阵,再通过MUSIC(Multiple Signal Classification)算法估计出各个窄带信号的DOA,将各个窄带信号的空间谱相加求平均,通过谱峰搜索得到宽带独立信号的DOA;然后分离出独立信号的信息,构造出一个只包含宽带相干信号信息的矩阵,最后通过稀疏重构的方法估计出相干信号的DOA。计算机仿真结果证明该算法的正确性和有效性。     

基于贪婪算法的高分辨信号源DOA估计

确定辐射源的来波方向(DOA)是阵列信号处理的重要研究内容,已经广泛应用于雷达、声纳和无线通信等领域。本文研究了远场窄带信号源的DOA高分辨估计问题。利用信号来波方向在空域具有稀疏性的特点,建立了远场窄带信号源的稀疏表示模型。根据协方差矩阵的特征值分解和贪婪匹配追踪算法原理提出了一种基于特征值分解的多重正交匹配追踪算法（EIG MOMP）。首先,利用特征值分解对阵列接收数据进行降维处理。这一降维操作使得问题转化为了一个具有多重观测向量（MMV）的欠定方程求解问题。接着利用MOMP算法对降维后的数据进行处理,最终得到信号的DOA估计值。该算法实现了在低信噪比下远场窄带信号源的高分辨DOA估计,并具有较低的运算复杂度。将本文提出的算法与传统的Capon算法、多重信号分类算法（MUSIC）以及正交匹配追踪算法（OMP）进行了对比。结果证明,该算法在低信噪比下能取得较好的DOA估计效果,可以针对任意的相干信号源,并且具有高分辨率的优点。      

基于多尺度自适应稀疏字典的小弱目标检测方法

针对单尺度固定函数的滤波器难以有效剔除杂波和提高小弱目标检测性能的不足,文中研究建立多尺度自适应稀疏字典,提出了一种多尺度自适应形态稀疏字典检测小弱目标方法。首先根据图像信号内容建立多尺度自适应形态稀疏字典,并将图像信号在多尺度稀疏字典中进行稀疏分解;然后在分析小原子稀疏表示系数的基础上建立稀疏表示系数直方图,并利用指数函数拟合小尺度原子的稀疏表示系数直方图;最后,根据指数函数拟合参数在杂波、噪声和目标表现出的差异检测小弱目标。该多尺度稀疏字典利用大尺度原子描述图像背景杂波,小尺度原子捕获图像细小特征。实验结果表明,与小波算法和Contourlet 算法相比,文中方法能更为有效地抑制背景杂波,减少背景残留,从而提高小弱目标检测性能。     

基于稀疏分解和混沌理论的微弱信号检测

针对数字锁定放大器中稀疏分解算法检测精度受限的缺点,结合非线性方法进行补偿,采用混沌检测联合稀疏分解的算法设计了数字锁定放大器。数字锁定放大器借助稀疏分解算法估计信号参数,根据估计得到的参数设计对应混沌系统;利用混沌系统检测信号的过程中产生间歇性混沌状态,并通过测量间歇性混沌状态的周期,精确检测信号。最终,在信号的信噪比低至-20 dB时可以成功检测信号,频率精度达到0.05 Hz,提供了一种非线性微弱信号检测方法。     

基于非正交分解的频率估计算法

高分辨率频率估计是信号处理许多领域研究的热点,并有着广泛应用.通过引入非正交分解思想,提出了一种基于稀疏分解的高分辨率频率估计新算法.由于原子库的冗余性,稀疏分解得到信号更加灵活的表示.算法中稀疏分解利用Matehing Pursuit(MP)算法实现,由分解原子的参数,可得到频率估计.与传统基于DFT频率估计方法相比,新算法可以获得更高的频率分辨率.尤其在低信噪比环境下,算法有明显优势,并且新算法在欠采样情况下仍然适用.理论分析及计算机仿真结果证实了算法的有效性.     

基于自适应冗余字典的语音信号稀疏表示算法

基于冗余字典的信号稀疏表示是一种新的信号表示理论,当前的理论研究主要集中在字典构造算法和稀疏分解算法两方面。该文提出一种新的基于自适应冗余字典的语音信号稀疏表示算法,该算法针对自相关函数为指数衰减的平稳信号,从K-L展开出发,建立了匹配信号结构的冗余字典,进而提出一种高效的基于非线性逼近的信号稀疏表示算法。实验结果表明冗余字典中原子的自适应性和代数结构使短时平稳语音信号稀疏表示具有较高的稀疏度和较好的重构精度,并使稀疏表示算法较好地应用于语音压缩感知理论。     

基于空间角稀疏表示的二维DOA估计

论文提出一种基于空间角稀疏表示的维DOA估计方法,解决了维DOA估计中冗余字典构造的难题。构建的空间角包含了方位角和俯仰角的信息,利用其构造冗余字典可以将方位角和俯仰角的组合从维空间映射到1 维空间,极大地降低了字典的长度和求解的复杂度;同时将算法推广到频域,扩展了其应用范围。与传统的高分辨算法相比,该方法对信噪比和快拍数要求不高、无需特征值分解和多维搜索过程。理论分析和仿真实验,验证了该方法对维相干信号和非相干信号都具有较高的估计精度和较好的分辨力,在不同信噪比下性能优于MUSIC算法。     

一种稀疏表示的二维DOA降维估计新算法

提出了一种基于空间锥角降维的二维DOA稀疏分解估计新方法,解决了利用稀疏表示方法进行二维DOA估计时计算复杂度大的问题.根据L阵列的结构特性,引入空间锥角表示信号的二维DOA信息,构造空间锥角冗余字典,通过稀疏正则化求解实现空间锥角的估计,然后利用求解得到功率实现L阵列中两个子阵之间的空间锥角配对,从而达到对多来波的二维DOA估计的目的,其避免了方位角和俯仰角组合而造成冗余字典庞大的问题,极大地减少了稀疏分解的计算量.仿真和实测数据结果均验证了该方法的有效性和优越性,为进一步的工程应用奠定了基础.     

基于压缩感知的宽频段二维DOA估计算法

针对2维DOA估计问题,该文提出一种基于压缩感知(CS)的宽频段2维DOA估计算法,能够同时得到多个窄带信号的中心频率、方位角和俯仰角。首先利用方位向和俯仰向的空间频率分别建立过完备稀疏字典,然后通过对阵列接收数据的压缩采样得到空间频率的高分辨估计,最后通过空域滤波实现中心频率、方位角和俯仰角之间的匹配。理论分析表明,该算法具有较高的估计精度与分辨力,对信噪比(SNR)要求不高,无需多维搜索过程,且经过压缩采样降低了运算量。仿真结果验证了算法的正确性与有效性。     

一种引入退火降温阈值函数约束的改进MP稀疏分解方法

匹配追踪(Matching pursuit, MP)方法可以在过完备库中实现信号的稀疏、能量集中的分解。该文从对信号分解稀疏性的有利原则出发,在迭代过程中,将过完备库划分为新(未选择过的)、旧(已选择过的)原子库,通过引入退火降温阈值函数来约束迭代过程中最优原子的选择,使选择的最优原子比原始MP方法有更大的可能性落入对信号稀疏性有利的旧原子库中,从而实现对信号更加稀疏的分解。对余弦调制指数信号和一段语音信号的分解结果,证实了改进MP方法对信号有更加稀疏的分解结果。