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信号处理 2011年第07期杂志 文档列表

信号处理杂志论文与技术报告

认知无线网络中一种新的频谱共享方法961-966

摘要：频谱共享是认知无线网络关键技术之一。为消除认知无线网络中频率选择性信道下授权主用户与认知用户间的相互干扰,本文提出了一种新的频谱共享方法。该方法充分利用了无线通信系统中由信道的频率选择性衰落导致的不同用户信道的不相关性,通过求解矩阵方程获得预处理矩阵的通解,并在主用户和认知用户发射端分别进行预处理。从而实现认知系统中主用户与认知用户之间的相互零干扰,并使每个用户都可有效地传输数据。理论推导及系统仿真均表明,新方法可以有效地消除授权主用户与认知用户之间的双向干扰,实现不同用户平等地共享无线频谱资源。新方法可以提高频谱的利用率,一定程度上缓解无线频谱资源在当前及未来无线通信领域日益紧缺的矛盾。而且新方法也同样适用于不同认知用户之间共享频谱。

宽带雷达中频回波长脉冲压缩采样重构中的分段重叠处理及其机理分析967-974

摘要：宽带雷达中频回波在频域上稀疏。根据压缩感知理论,可对其进行压缩采样并从压缩采样结果中以很高的概率重构出原信号。中频回波压缩采样的重构需要的矩阵尺寸由中频回波的长度决定。在长脉冲情况下,重构所需的矩阵尺寸大,占用内存资源过多,处理速度慢。针对此问题,论文将分段重叠处理引入重构过程。论文首先详细给出了引入分段重叠处理之后的重构方法,接着通过严格数学推导,证明了频谱泄漏与局部时域序列的关系具有如下特点：远离谱峰的谱值受时域序列两端的影响要强于靠近谱峰的谱值,利用该特点说明了分段重叠处理抑制误差的机理。实测数据实验表明了分段重叠处理在重构质量上优于分段不重叠处理,在对存储资源的要求上远低于不分段处理。

基于模拟网络编码的多用户信息交换的中断概率975-981

摘要：与通常假定一对用户通过一个中继节点进行数据交换不同,该文考虑两对用户通过一个公共中继节点的协作进行数据交换的无线通信模型,研究了基于模拟网络编码的放大转发中继策略的中断概率。相对于传统的基于放大转发或译码转发等的、需要8个时隙实现数据交换的中继策略和传统的基于译码转发的、需要5个时隙实现数据交换的网络编码中继策略,模拟网络编码的中继策略只需要3个时隙就可以实现两对用户之间的数据交换,因而与前两种中继策略相比,基于模拟网络编码的中继策略能极大地提高系统的吞吐量（该中继策略分别提高了166%和66%的系统吞吐量）或者极大地减少中继节点的能量消耗。在所提的基于模拟网络编码中继策略下,该文进一步推导出了系统中断概率的上界和下界,数值分析结果表明该上下界比较接近,特别是当中继节点位于第一对用户节点中间时上下界非常接近。

基于图像分割的地雷目标检测982-989

摘要：前视地表穿透雷达能够对车前安全距离外的区域成高分辨率图像,利用前视地表穿透雷达进行地雷探测是一个复杂环境下的微小目标检测问题。受非平稳背景干扰,传统检测算法探测性能有限。该文提出一种基于图像分割的背景估计及地雷目标检测方法。连续多帧图像用来估计出耦合信号,为降低计算量,将成像后估计改进为回波域估计后成像。对剔除耦合信号后的图像实施均衡以保证各处增益相同,均衡后图像利用二维Otsu算法分割出能量较强的区域,降低后续检测过程中强目标对杂波统计的影响,最终获得比传统检测算法更好的探测性能。该文同时还提出一种快速算法用于实时系统。通过实测数据验证,该方法可以有效改善前视地表穿透雷达的探测性能。

认知无线电网络中基于功率有效性的最优功率分配990-996

摘要：在资源受限的认知无线电网络中,如何提高次用户网络的功率利用率是一个值得考虑的问题。针对这个问题,本文首先提出了认知无线电网络中基于功率有效性的次用户最优功率分配算法,该算法不仅考虑主用户网络中断概率对次用户发射功率的限制,而且兼顾次用户网络本身的中断概率要求。其次,为了进一步降低节点的计算复杂度,本文通过降维处理将目标最优化问题转化为两个子问题进行求解,从而提出一种次优的低复杂度功率分配算法。仿真结果表明,次优算法相比最优算法仅带来有限的性能损失,但是却有效地节省了计算时间和存储空间;此外,当中继节点靠近源节点时更有利于系统功率效率的提高,源节点到目的节点链路相比中继链路对系统的性能影响更大。

信号处理杂志算法研究

强地杂波下基于压缩感知的稀疏子脉冲高分辨雷达成像方法997-1003

摘要：针对稀疏雷达孔径数据处理与成像问题,本文提出了一种强地杂波背景下基于压缩感知（CS）的线性调频步进信号（SFCS）稀疏子脉冲高分辨雷达成像方法。在对稀疏回波数据解线调时,采用填零一次相消技术剔除地杂波,对粗分辨距离像序列二次采样后获得高信杂比的目标高分辨回波信号;再利用该信号的频域稀疏特性,结合各脉冲簇中随机丢失不同子脉冲的情况,构造相应的部分傅里叶基矩阵实现雷达数据的稀疏化表征,然后利用正交匹配追踪（OMP）算法对目标高分辨距离像（HRRP）进行重构处理,实现对目标的高分辨成像。仿真结果验证了本文方法的有效性。

基于改进混合遗传的正交小波盲均衡算法1004-1008

摘要：为克服传统盲均衡算法收敛速度慢、均方误差大、易陷入局部极小值等缺点,在正交小波变换盲均衡算法（WT-CMA）的基础上,提出一种基于改进混合遗传的正交小波盲均衡算法（MHGA-WT-CMA）。该算法采用基于改进的编码方式、种群初始化、选择算子及交叉算子的遗传算法,以均衡器权系数为初始种群,将正交小波盲均衡算法嵌入遗传算法的父代与子代之间,对父代种群进行局部搜索,将得到的精英个体直接复制到子代中。再将其余个体进行二进制编码、赌选择、POX交叉以及非均匀变异等遗传算法操作,经过解码成实数进入子代中,进行下一次混合遗传优化,满足停止准则后输出最优权向量。这样可以结合二者的长处,使得算法既能较快收敛,又能在全局范围内得到最优权向量。计算机仿真实验表明,该算法具有收敛速度快、均方误差小、能搜索到全局最优解等特点。

一种改进的稀疏多径信道盲辨识算法1009-1015

摘要：针对无线多径稀疏信道,利用有效近似思想,提出了一种改进的基于矩阵外积分解的信道盲辨识算法。算法首先采用改进的VIA准则精确估计稀疏信道＂有效部分＂的阶数;然后使用矩阵外积分解算法估计信道冲激响应的＂有效部分＂,为了降低噪声及信道冲激响应中＂零抽头＂部分的影响,本文提出一种新的噪声方差估计方法,利用重新构造的自协方差矩阵,能够得到比较精确的噪声方差估计值,提高了外积分解算法在中、低信噪比条件下的盲辨识性能;最后利用盲辨识结果进行反卷积,恢复出发送信号。与现有算法相比,本算法不仅降低了对信噪比的要求,而且克服了子空间算法的相位偏转问题。仿真实验以及对SPIB微波信道测试结果验证了本文算法的有效性。

斜投影极化滤波的雷达导引头抗箔条干扰方法1016-1021

摘要：反舰导弹跟踪阶段受到箔条质心干扰,当箔条云初形成,舰船目标与箔条干扰处于同一雷达分辨单元,不可分辨时,无法通过识别方法进行对抗,严重影响导弹的作战效能。本文研究了采用斜投影极化滤波技术抑制不可分辨的箔条质心干扰问题。首先建立了不可分辨情况下舰船目标和箔条干扰的极化雷达导引头回波信号模型,根据目标与干扰的回波幅度概率密度函数,推导得到质心干扰条件下单脉冲比幅测角体制的角度测量误差概率密度函数,并对角度测量误差统计特性进行了定量的分析;接下来在阐明斜投影基本原理的基础上,提出了基于斜投影极化滤波的抗箔条质心干扰方法;最后结合典型场景,通过计算机仿真对本文所提抗箔条质心干扰方法的有效性进行验证,并对该抗干扰方法的性能进行了分析。

OFDMA中继通信系统中非对称的资源分配1022-1029

摘要：传统的OFDMA协作通信系统,中继经过一一对应的两跳子载波接收和发送数据信息,这一对称的资源分配模式限制了系统吞吐量的提高;本文放宽对称约束,研究了非对称模式下的资源分配问题。自由度的增加,增大了系统资源分配的复杂度,这是一个结合中继选择、子载波分配和功率控制等多维自由度的混合离散型优化问题,很难得到满足实时性要求的近似最优算法。针对该模型,本文提出基于拉格朗日松弛的联合优化算法,算法的关键在于OFDMA系统的渐进强对偶性,这个性质使得多项式时间算法的设计成为可能。算法的复杂度与子载波数目成线性关系。仿真结果表明,该算法的性能是近似最优的,而且与对称模式相比,非对称模式下的资源分配进一步提升了系统的吞吐量性能。

GNSS空时最大SINR天线阵抗干扰算法机理分析1030-1033

摘要：未来功率增强背景下,主波束指向有用信号并且将零陷指向干扰的空时联合处理将成为GNSS天线阵抗干扰的主要方式。采用最大信干噪比准则是实现这一目标的方法之一,但随着时域抽头数增加,信号方向的等效滤波器频率响应通带以信号载频为中心将逐渐变窄。传统观点认为这一现象是由BPSK信号频谱峰值位于中心频率处的特性决定的。本文深入分析了这一现象出现的机理,首次推导出等效滤波器响应的峰值位置及零点位置,指出上述现象的根本原因是空时导向矢量仅取中心频率值使得通带集中在这一频率附近。有用信号为M码BOC（10,5）调制信号,其频谱呈多峰特点,且载波频率处频谱值为零,但最大SINR空时处理等效滤波器响应的特性并不因此而改变,从而验证了本文结论。

海上目标航向航速解算新方法1034-1038

摘要：航向航速是海上目标的重要特征,能准确获取目标的航向航速对于海上目标的跟踪和识别具有非常重要的意义。当雷达载体具有较高运动速度时,雷达测量的目标位置信息是非线性的,并且海上目标运动速度慢,在短时间内,受雷达测量精度的限制,目标位置的微小变化量很难精确估算,此时需要建立精度较高的非线性滤波模型,利用卡尔曼滤波方法,提高目标位置信息的估计精度。针对单脉冲雷达,本文提出了一种实时性强,工程上易于实现的海上目标航向航速的解算方法,推导了雷达载体高速运动条件下跟踪目标的滤波方程,采用卡尔曼滤波方法提高了目标位置估算精度。紧密结合工程背景,利用雷达载体的GPS信息和目标测量信息实现了海上目标航向航速的高精度解算。分析了解算数据长度对解算精度的影响,并给出了不同目标选择数据长度的经验公式。最后,通过海上目标在不同场景下的仿真实验,验证了本文方法的有效性和正确性。

无线自组织网络中基于QoS保障准则的可用带宽估计1039-1047

摘要：对无线自组织网络中可用带宽估计问题进行了研究,提出了在估计过程中必须将全局服务质量（QoS）保障作为可用带宽的估计准则。建立了无线自组织网络中非饱和条件下异构的分析模型,该模型能将业务流的QoS度量映射为网络参数,在此基础上设计了能提供QoS保障的可用带宽估计算法。本文所提出的估计算法将包括时延、丢包率与吞吐量在内的QoS需求不被破坏作为可用带宽估计的约束条件,克服了现有的工作将无约束的最大可达吞吐量作为可用带宽因而导致业务的QoS可能受到影响这一缺陷,从而使得估计结果更加合理与准确。仿真实验证明了分析模型与可用带宽估计算法的准确性。

基于阴影流和3D MAP-MRF的运动阴影消除1048-1056

摘要：阴影消除是运动检测中的一个重要问题。本文提出一种用阴影流和三维马尔可夫随机场后验概率最大化方法运动阴影消除算法。首先对每个像素建立混合高斯模型,通过阴影弱分类器,将可疑的阴影像素分离出来送到阴影流模型中。在线学习候选阴影像素,得到置信度高的阴影流模型。然后用混合高斯模型,阴影流和当前图像一起构建一个三维的马尔可夫随机场模型,将运动目标检测转化为标号组后验概率最大化/能量函数最小化。最后,构建一个与三维MRF对应的三维网络流图,通过动态图切算法,求出图的最小切,即求得MRF标号组的最大后验概率,从而给每个像素分配＂前景＂或＂非前景＂标号,达到消除阴影分割运动物体的目的。实验表明本方法在实际视频中取得了较好的效果。

信号处理杂志应用

基于主分量分析的语音信号压缩感知1057-1062

摘要：压缩感知理论是近年来兴起的一个新的研究热点。寻求适合于语音信号的稀疏基是压缩感知理论应用到语音信号处理领域的前提。本文基于主分量分析理论和大量的块数据,提取语音信号的特征信息,并根据压缩感知理论、字典构造的方法以及语音信号的特点,构造出一种适合于语音信号稀疏表示的冗余字典。该冗余字典是由多个正交基级联而成。为了更为客观的说明这种稀疏表示的优势,采用平均gini系数来比较语音信号在DCT基、GABOR基和该冗余字典下的稀疏性,并且分别对男女声语音信号和清浊音进行了分析。实验表明,无论是男声信号还是女声信号,清音还是浊音,在该冗余字典下的稀疏性均优于DCT基,与GABOR基相近,但是由于其原子数远少于GABOR基,其计算的复杂度和存储量均低于GABOR基,因而比GABOR基更具可用性。

分数阶Fourier域强弱LFM信号检测与参数估计1063-1068

摘要：分数阶Fourier变换（FRFT）由于其特有的性质,非常适合处理线性调频（LFM）信号,尤其是,作为一种线性变换,可以克服多分量LFM信号之间的交叉项干扰。但是采用逐次消去法检测多分量LFM信号时,每检测一个LFM信号,都要对信号分别求旋转角α∈[0,π]的FRFT,再进行二维搜索,计算量很大。为了提高FRFT对多分量LFM信号的检测效率,本文提出一种在分数阶Fourier域检测强、弱LFM信号的新方法。首先,分析了逐次消去法和聚类分析法检测多分量LFM信号的原理,以及它们的优缺点。然后,提出一种聚类分析和逐次消去相结合的信号检测方法,利用平面截取信号在平面（u,α）上的尖峰,并引入基于广度优先搜索邻居（BFSN）的聚类算法,对截取的信号尖峰进行聚类分析,获得每个LFM信号对应的信号尖峰,实现多个较强信号的检测与参数估计,再利用逐次消去法实现弱信号的检测。该方法可以同时检测多个能量相近的LFM信号,提高了检测效率,以及次强信号的参数估计精度,并有效地抑制了强信号对弱信号的遮蔽影响。通过对信号进行平面切割处理,减少了BFSN聚类算法中输入集样本数量,降低了算法的计算量。最后,仿真结果验证了该方法的有效性。

基于噪声检测的置换混叠图像盲分离1069-1075

摘要：置换混叠图像盲分离作为一类新型的单信道盲分离,在理论和方法上与传统的单信道盲分离有着本质的不同。针对一类置换区域含噪声的置换混叠图像,本文提出一种基于噪声检测的置换混叠图像盲分离算法。本文首先给出置换混叠图像的数学模型,对置换混叠图像用非零元个数约束的K-SVD算法进行训练得到其稀疏表示的字典,利用学习得到的字典对置换混叠图像去噪,然后利用去噪后的置换混叠图像与原图像作差运算得到差图像,通过检测差图像来确定出置换区域的位置和大小。并利用图像形态学运算优化置换区域,采用阈值化操作分离出置换图像。实验结果表明,本文算法能够较好的从置换混叠图像中分离出置换图像,并且不受置换图像的大小、位置、个数和置换图像所含噪声大小的影响。

基于连续相位调制的协同分集系统在平坦衰落信道下的容量分析1076-1081

摘要：连续相位调制（CPM）由于其相位连续和恒包络,可以使用低成本的非线性功率放大器,且CPM信号有近于1的峰均功率比,在放大器处产生的能量消耗小,从而解决协同系统中移动终端的成本和能量受限问题。本文针对平坦衰落信道下的CPM协同通信系统,研究了可表征系统容量下界的对称信息率（SIR）。分析和数值结果表明,协同CPM系统与单入单出CPM系统相比,能获得更大的信道容量,同时还拥有更低的中断概率。进一步地,以最大化系统遍历容量为目标,在考虑路径损耗的条件下,对系统的最优中继位置问题进行了讨论。分析和数值结果表明,对比中继位置在对称中点的系统,最优中继位置系统的信道容量获得明显提升。进一步,研究了信道估计误差和SNR估计误差对CPM协同通信系统的容量的影响。