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基于稀疏重构的色噪声背景下未知线谱信号估计

王逸林 马世龙 王晋晋 梁国龙 李晴

王逸林, 马世龙, 王晋晋, 梁国龙, 李晴. 基于稀疏重构的色噪声背景下未知线谱信号估计[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(11): 2570-2577. doi: 10.11999/JEIT171040
引用本文: 王逸林, 马世龙, 王晋晋, 梁国龙, 李晴. 基于稀疏重构的色噪声背景下未知线谱信号估计[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(11): 2570-2577. doi: 10.11999/JEIT171040
Yilin WANG, Shilong MA, Jinjin WANG, Guolong LIANG, Qing LI. Estimation of Unknown Line Spectrum under Colored Noise via Sparse Reconstruction[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(11): 2570-2577. doi: 10.11999/JEIT171040
Citation: Yilin WANG, Shilong MA, Jinjin WANG, Guolong LIANG, Qing LI. Estimation of Unknown Line Spectrum under Colored Noise via Sparse Reconstruction[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(11): 2570-2577. doi: 10.11999/JEIT171040

基于稀疏重构的色噪声背景下未知线谱信号估计

doi: 10.11999/JEIT171040
基金项目: 国家自然科学基金(11504064),黑龙江省博士后科研启动金(LBH-Q15025),黑龙江省归国人员科学基金(JJ2016LX0051)
详细信息
    作者简介:

    王逸林:男,1979年生,研究员,博士生导师,研究方向为水声信号处理、水下声信号被动探测等

    马世龙:男,1987年生,博士生,研究方向为阵列信号处理、水下目标被动探测

    王晋晋:男,1984年生,讲师,硕士生导师,研究方向为水声信号处理、水下目标被动探测等

    梁国龙:男,1964年生,教授,博士生导师,研究方向为水声信号处理、水下目标被动探测等

    李晴:女,1989年生,博士生,研究方向为水声信号处理、水下定位与导航等

    通讯作者:

    王晋晋  wangjinjin@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TN911.7

Estimation of Unknown Line Spectrum under Colored Noise via Sparse Reconstruction

Funds: The National Natural Science Foundation of China (11504064), The Postdoctoral Scientific Research Foundation of Heilongjiang Province (LBH-Q15025), The Science Foundation for the Returned Overseas Scholars of Heilongjiang Province (JJ2016LX0051)
  • 摘要: 针对色噪声背景下的未知线谱信号估计问题,该文提出一种基于分子频带处理的稀疏重构类线谱估计方法。首先,利用多速率余弦调制滤波器组对观测信号进行子带分解,得到功率谱相对平坦的子带信号。之后,在每个子带信号上,利用基于迭代最小化的稀疏学习方法进行线谱估计,并将各子带上的线谱估计结果进行频域综合滤波以及门限判决等处理。最终得到色噪声背景下的线谱估计结果。理论推导及仿真实验表明所提方法在色噪声背景下具有较好的线谱估计性能。其能够有效地去除色噪声背景,同时保留稀疏重构类线谱估计方法所具有的高频率分辨力等优点。
  • 图  1  色噪声背景下FFT及SLIM方法的线谱估计结果

    图  2  色噪声功率谱示例

    图  3  多速率滤波器组结构图

    图  4  分子带SLIM线谱估计框图

    图  7  SLIM方法线谱估计结果

    图  8  Sub_SLIM方法线谱估计

    图  5  FFT方法频谱估计结果

    图  6  OMP方法线谱估计结果

    图  9  线谱频率分辨性能仿真结果

    图  10  Sub_SLIM方法中分析滤波器组的幅频响应

    图  11  Sub_SLIM方法子带边缘处的线谱估计性能

    表  1  SLIM算法计算步骤

    初始化 $\hat s_k^{(0)}{\rm{ = }}\displaystyle\frac{{{{{a}}^{\rm{H}}}({\omega _k}){{X}}}}{{\left\| {{{a}}({\omega _k})} \right\|_2^2}}, (k = 0,1, ·\!·\!· ,K - 1), \ {\hat \eta ^{(0)}} = \frac{1}{{\gamma N}}\left\| {{{X}} - {{A}}{{{\hat{ S}}}^{(0)}}} \right\|_2^2, \ \gamma {为常数}$
    (1)计算信号功率 ${{P}}$ ${{{P}}^{(i)}}{\rm{ = [}}p_0^{(i)}\;p_1^{(i)}\; ·\!·\!· \;p_{N - 1}^{(i)}{\rm{]}}, \ p_k^{(i)} = {\left| {s_k^{(i)}} \right|^{2 - q}}{\rm{,}}\;(k = 0{\rm{,}}\;1{\rm{,}}\; ·\!·\!·\! {\rm{,}}\ K - 1)$
    (2)计算信号幅度 ${\hat{ S}}$ ${{\hat{ S}}^{(i + 1)}} = {\rm{diag}}\left({{{P}}^{(i)}}\right){{{A}}^{\rm{H}}}{\left( {{{A}}{\rm{diag}}\left({{{P}}^{(i)}}\right){{{A}}^{\rm{H}}} + {{\hat \eta }^{(i)}}{{I}}} \right)^{ - 1}}{{X}}$
    (3)计算噪声功率 $\hat \eta $ $\;{\hat \eta ^{(i + 1)}} = \frac{1}{N}\left\| {{{X}} - {{A}}{{{\hat{ S}}}^{(i + 1)}}} \right\|_2^2$
    注:重复迭代步骤(1)—步骤(3)直至 ${\hat{ S}}$收敛或达到预定迭代次数(i表示迭代次数)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-03
  • 修回日期:  2018-09-03
  • 网络出版日期:  2018-09-07
  • 刊出日期:  2018-11-01

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