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信号处理 2011年第10期杂志 文档列表

信号处理杂志论文与技术报告

THz-TDS信号的相似性度量及其应用1457-1463

摘要：太赫兹（Terahertz,简称THz）波段位于微波和红外线之间,属于远红外线和亚毫米波范畴。太赫兹时域光谱（Terahertz time domain spectroscopy,简称THz-TDS）信号脉冲具有宽频带特性,其中蕴含了丰富的信息,但同时也给THz-TDS信号的分析和处理带来了困难。太赫兹时域光谱信号的处理和分析还处于起步阶段。基于几何代数理论,本文首先将在频率域上的THz-TDS信号表达为高维实矢量空间中的矢量,并对这些矢量使用几何代数中的超复数来进行描述。针对THz-TDS信号的特点,本文引入矢量外积定义了THz信号矢量的相似性函数,以此来度量THz信号的差异。同时本文还使用几何代数语言定义了矢量间的欧几里德距离,并且分别推导欧氏距离和相似性函数的具体计算方法。最后,本文具体地将这两种度量应用于THz-TDS信号的分类和辨识中,并和传统的欧氏距离进行了对比实验。本文给出的实验验证了这两种度量的可行性和有效性,并且表明本文提出的相似性函数相比于欧氏距离具有更好的抗干扰能力;特别的,在待辨识的物质种类较多和信号集波形出现混杂的情况下,本文提出的信号矢量间相似性函数能更好地度量THz信号之间的差异。

空间相关信道下的交替多用户调度算法1464-1471

摘要：针对多用户多输入多输出（MIMO）系统,研究了空间相关信道下的多用户调度问题。通过推导用户信道向量夹角的统计特征,分析了多用户调度算法对所调度用户间正交性的影响。分析结果表明在空间相关信道下现有基于串行搜索的调度方法在统计意义上降低了被调度用户之间的正交性,从而导致基于串行搜索的调度算法与最优的穷举搜索之间存在较大的性能差距。为了提高相关信道下多用户MIMO系统的性能,提出了一种基于交替搜索的多用户调度算法及其低复杂度实现方法。仿真结果表明,所提出的用户调度算法能够有效地弥补基于串行搜索的调度方法的性能损失,在空间独立信道和空间相关信道下以较低的计算复杂度获得接近穷举搜索的最优性能。

传感器编码网络广播认证协议研究1472-1477

摘要：广播认证技术能抵御污染攻击,保障传感器编码网络广播通信安全。但由于网络资源受限,广播认证技术所引入的计算量使得网络又易遭受拒绝服务攻击。为了有效抵御污染攻击与拒绝服务攻击,并兼顾网络安全性与时间延迟,本文以节点遭受污染攻击概率为决策因子,采用博弈论的思想研究广播认证协议。首先考察安全传感器编码网络中中间节点的策略行为,归纳与总结典型的广播认证协议模式;针对广播认证协议模式选择中存在的两次博弈过程,研究先转发策略、先认证策略与先聚合策略,对各策略的博弈成本/收益进行量化;构造广播认证协议二阶段博弈模型,博弈的纳什均衡即为节点应选择的广播认证协议模式。实例分析验证了各策略成本/收益量化及博弈模型的有效性。

多载波码分多址系统的单抽头码元级频域均衡算法和扩频序列设计1478-1483

摘要：在多载波码分多址（MC-CDMA）系统中,码元级频域均衡器（FDE）的性能优于码片级FDE,但其代价是非常高的复杂度。我们的研究表明,扩频序列具有两个基本作用：区分数据流提供复用增益和扩展频谱提供分集增益。由于扩频序列的这两个作用常常耦合在一起,导致了码元级FDE的高复杂度。本文通过将扩频序列解耦为一个码矩阵和一个扩频矩阵,并对扩频矩阵进行优化,得到低复杂度单抽头码元级FDE和提供最大分集增益的扩频矩阵。理论分析与仿真表明,当采用最优扩频矩阵时,所提出的码元级FDE能够以相同的复杂度获得比码片级FDE更高的性能,并且当扩频因子超过可分辨多径个数时还能达到匹配滤波界。

基于DEM的机载气象雷达地杂波剔除方法1484-1488

摘要：针对机载气象雷达气象模式地杂波抑制问题,提出利用回波幅度信息的基于数字高程模型（DEM,Digital ElevationModel）的时域地杂波剔除方法。首先利用回波幅度信息对存在雷达回波信号的数据区域进行分割,然后对区域的边界距离单元利用基于DEM的可视性算法分析其触地情况。根据分析结果可知,存在回波信号的区域可分成仅含气象的区域、仅含杂波的区域以及二者相连的区域,其中相连区域还需进行逐距离单元判断确定分界距离单元。将杂波存在的距离单元予以剔除,即可去除地杂波。经实测数据验证,该方法能够根据雷达参数和DEM数据准确地判断杂波所在的距离单元,有效地剔除地杂波。提出的方法仅处理存在回波信号的区域,且不需要对所有的距离单元进行分析,可以大大减小运算量。

信号处理杂志算法研究

下行多点协作传输系统中基于大尺度信道的协作用户选择1489-1497

摘要：研究下行多点协作传输系统中的协作用户选择问题。首先分析下行多基站协作系统中空域满复用服务多用户的必要性,而后研究满复用传输时的协作用户选择方法,被选为一组的用户在相同的时频资源上由多个基站以协作空分多址的方式服务。分析表明,每个被服务用户的平均接收信干噪比与相邻协作小区内被服务用户的大尺度信干比成递增关系。在此基础上,提出一种基于大尺度信干比的协作用户选择方法。仿真结果表明,与现有基于大尺度信道信息的用户选择方法相比,所提出的方法以较小的小区平均数据率损失为代价,大幅度提升了小区边缘用户数据率。

一种基于波形的直扩信号伪随机码估计算法1498-1503

摘要：非合作通信条件下估计未知直接序列扩频信号的伪随机（PN）码是截获直接序列扩频信号信息内容的关键。本文提出一种基于固有时间尺度分解（ITD）的时域波形处理算法,可以在很低信噪比的条件下准确地估计直接序列扩频信号的PN码。该算法充分利用ITD时频分辨率高和适于实时处理的优势,直接分解直扩信号波形,借助于多个周期的伪随机码信号的相干累加提高信噪比,通过对载频处瞬时幅度累加值与第一上过零点频率处瞬时幅度累加值的差分信号波动特性的分析,找到一个PN码周期内相邻码片极性变化的位置,从而揭示PN码,而不必猜测其代数结构。与已有PN码估计算法相比,该算法具有采样精度要求低,对载频估计误差不敏感,适用于各种类型PN码等优势。计算机仿真验证了所提算法的可行性。

基于参数化模型的空间目标一维距离像补偿技术1504-1508

摘要：空间目标往往具有很高的速度,甚至还具有一定的加速度,回波信号经过去斜率处理后仍然是一个多分量的多项式相位信号,高阶相位使得目标的一维距离像产生畸变,脉冲压缩前必须进行运动补偿,否则无法得到正确的一维距离像。本文以平均距离像最小熵准则为基础,提出了一种基于测距元参数化模型的空间目标一维距离像畸变补偿技术。根据空间目标的运动特性,建立了目标测距元的参数化模型。结合雷达的宽窄带测元信息,以平均一维距离像的熵作为目标函数,建立了测距元模型参数估计的优化模型和算法,并利用该参数对一维距离像进行运动补偿。仿真结果验证了本文算法的有效性。

基于GPR的机场跑道钢筋回波检测与抑制1509-1514

摘要：钢筋强反射回波及其多次波严重影响探地雷达在机场跑道灾害目标检测与识别的应用。本文研究机场跑道钢筋回波检测及抑制的方法。首先利用Hyp-curvelet变换将GPR时空二维回波信号投影到尺度空间,目标回波的能量将聚集且与其他目标分离,进而基于尺度空间中的局部峰值进行目标检测。然后结合目标回波的初始相位及时频特征,在尺度空间中消除钢筋回波分量。最后将数据反变换回时空域,得到只含有灾害目标回波的数据。仿真实验表明,本文所提算法在低信噪比的情况下对钢筋回波检测与抑制能取得很好的效果,重构的结果中灾害目标回波保存完整且钢筋回波罕有残余。

四元数复数形式的最小均方算法1515-1519

摘要：目前,作为多维信号处理的一个重要工具,四元数代数理论已在各种领域有所应用,并取得了良好的效果。基于四元数的复数形式,本文提出了四元数复数形式的最小均方（LMS-QC）自适应滤波算法。首先推导了LMS-QC自适应滤波算法,并且对其性能进行了分析,给出了步长的选择范围。进一步针对某一机载简化矢量传感器阵列,给出了归一化LMS-QC波束形成算法。此算法克服了四元数实数形式的最小均方（QLMS）自适应滤波算法的局限性,更适合复信号的多维处理,并且加权矢量每次迭代的计算量仅为QLMS算法的一半。计算机仿真结果表明LMS-QC算法是收敛的。稳态时估计均方误差达到了最小值,权矢量的模值和输出信干噪比也接近最优值。在主要区间内,LMS-QC算法的性能优于QLMS算法。

基于概率模型的ATC系统冲突目标生成算法1520-1524

摘要：通常用于测试空中交通管制（Air Traffic Control,ATC）自动化系统的飞行冲突告警功能的方法主要有放宽系统告警值和向系统输入模拟的飞行冲突目标的雷达数据。前一种方法存在不可靠性,第二种方法由于只产生简单的确定目标轨迹数据,因此只能简单地测试系统能否告警,无法对系统的飞行冲突预测能力作出评价。为了使用于测试系统的模拟雷达数据更符合实际飞行情况,并检测系统预测飞行冲突的技术水平,本文提出了一种基于飞行冲突概率模型的航迹模拟方法,通过对不同目标对的冲突概率建立数学模型,反推出存在不同冲突概率时目标的运动参数。并通过仿真实验产生了一系列具有不同冲突概率值的目标对的航迹,利用这些数据能对ATC自动化系统进行更有效的冲突探测和告警能力测试。

中文耳语元音的声调特征研究1525-1530

摘要：声带准周期振动的缺失,使得汉语耳语音成为了一种特殊的发音模式,也使得耳语声调无法用基音周期表征。目前用于语音识别和声纹识别的常规语音特征,包含声调信息较少,所以在声调识别实验中很难获得良好的效果。本文提出一种新的特征参数来模拟正常语音的基频声调轨迹,即以人的听觉特性为出发点,研究人的声调敏感Bark频带,发现部分扩散Bark谱能量归一化比例拟合曲线,能够呈现出类似正常语音的基频轨迹,这说明在某些方面该轨迹或多或少包含了耳语音的声调信息。在以该轨迹和语音短时能量曲线为特征,以神经网络为模型的耳语声调识别实验中获得了较高的识别正确率,汉语四声的总体识别正确率高达78%,这也为对耳语音的进一步处理提供了很多有力依据。

基于STAP的高速空中微弱多目标检测1531-1535

摘要：空时自适应处理（Space-time adaptive processing,STAP）是一种有效的机载雷达动目标检测方法。为了对高速微弱空中动目标进行检测,常常要求相干累积时间较长。在此情况下,目标会发生严重的距离走动,一般常用Keystone变换来校正。但由于目标存在严重的速度模糊,此时Keystone变换会对STAP性能产生影响,而且Keystone变换无法对模糊数不同的各目标的线性距离走动进行统一校正。针对这些问题,本文提出了一种基于STAP、Keystone变换及Clean技术的高速微弱空中多目标检测方法。该方法首先进行杂波抑制,从而避免了Keystone变换降低STAP性能的问题,同时借助于Clean技术逐个检测出各目标并将其从总的数据中消除,因此对于模糊数不同的多个目标也是有效的。仿真结果证明了该方法能够有效的实现高速空中微弱多目标检测。

多方向上下文特征结合空间金字塔模型的场景分类1536-1542

摘要：针对场景分类问题中,传统的＂词包＂模型不包含图像的上下文信息,且没有考虑图像特征间的类别差异问题,本文提出一种多方向上下文特征结合空间金字塔模型的场景分类方法。该方法首先对图像进行均匀网格分块并提取尺度不变（SIFT）特征,对每个局部图像块分别结合其周围三个方向的空间相邻区域,形成三种上下文特征;然后,将每类训练图像的上下文特征分别聚类形成视觉词汇,再将其连接形成最终的视觉词汇表,得到图像的视觉词汇直方图;最后,结合空间金字塔匹配算法形成金字塔直方图,并采用SVM分类器来进行分类。该方法将图像块在特征域的相似性同空间域的上下文关系有机地结合起来并加以类别区分,从而形成了具有更好区分力的视觉词汇表。在通用场景图像库上的实验表明,相比传统方法具有更好的分类性能。

基于探地雷达的机场场道脱空层检测及厚度估计1547-1551

摘要：机场道面的脱空状况对机场场道的质量检测、定期维护具有十分重要的意义。探地雷达在机场道面脱空检测中有着非常好的效果,本文研究了基于探地雷达的机场场道道面脱空层检测及其厚度估计问题。首先,将时频分析方法——S变换引入到机场道面脱空薄层的检测中,利用脱空薄层反射回波所对应的S变换波形的底部失真特性检测脱空薄层,这是基于S变换检测机场场道脱空薄层的首次尝试。同时利用改进的电磁波在道面下多层介质中的传输模型及系统辩识方法,成功提取了与脱空薄层上下界面所对应的时域脉冲对,基于谱反演优化算法实现脱空薄层的厚度估计。仿真结果证明了本文方法的有效性,且脱空薄层厚度估计误差控制在5%以内。

信号处理杂志应用

一种双频极化SAR图像分类方法1552-1556

摘要：本文提出了一种利用两种不同频率下的极化SAR图像进行地物分类的新方法,该方法包括了两个过程,初始类划分过程和迭代修正过程。初始类划分过程是基于目标的散射特性随频率变化而改变的趋势和程度实现的。与传统的双频极化SAR图像分类中的初始类划分方法不同,新的划分方法基于不同频率下所提取的特征量,定义了特征变化量和特征变化平面,在特征平面上直接进行多类目标的初始类划分,而不需要迭代和类合并过程。这种新的初始类划分方法反映了目标散射特性随频率的变化关系,物理意义直观,实现方法简单易行。将这种初始类划分方法与Wishart分类器相结合,就可以实现对极化SAR图像的无监督迭代分类。实测的SIR-C数据和AIRSAR数据的分类结果表明,该方法是一种有效的极化SAR图像分类方法。

基于非负矩阵分解的多波段SPOT图像融合及其应用1557-1560

摘要：SPOT遥感图像多光谱波段信息丰富,在土地覆盖、环境变化等诸多领域中得到广泛应用。图像融合近几年来成为学术界研究的热点,可以有效去除多光谱图像中的冗余,保留有用信息。对不同时段多光谱图像的融合进行地物变化检测,在灾害监测工作中具有重要的应用价值。文章针对多波段SPOT图像,利用基于非负矩阵分解的分时融合方法,对不同时段SPOT多波段图像进行融合,通过构造差值影像对变化区域进行检测。利用本文方法得到的图像可以清晰地表示出目标的变化区域,且正确率较高。结果表明,首先利用非负矩阵分解对不同时段图像进行融合,可以分别得到更为准确的融合图像,从而提高变化检测结果的精度。实验结果与传统方法进行了分析对比,证明了该方法的有效性。

分布式传感器网络中一种新的模糊航迹关联算法1561-1565

摘要：为了有效提高分布式传感器网络中航迹关联的计算速度,本文提出了一种基于临时航迹和航迹可信度的模糊航迹关联算法。该算法首先利用来自同一局部航迹的两个点迹形成临时航迹,再采用临时航迹与系统航迹关联;同时引入航迹可信度,当多条系统航迹与一条临时航迹关联时,选取加权关联度最大的系统航迹与该临时航迹关联。将该算法用于一个航迹关联的仿真实验中,与传统的模糊航迹关联算法相比,仿真结果表明该算法在保证关联正确率的前提下,提高了航迹关联速度和融合结果的性能,是一种有效的航迹关联方法。