基于壓縮感知的信號(hào)分離技術(shù)研究.pdf

1、海洋聲層析術(shù)利用的一個(gè)重要的性質(zhì)是聲信號(hào)在水中的多路徑傳播性質(zhì)。由于每一個(gè)射線路徑都覆蓋不同的海洋區(qū)域，多路徑傳播性質(zhì)可以為淺海海洋聲層析術(shù)(Ocean Acoustic Tomography,OAT)的反演過程提供更多的信息。但多路徑傳播同時(shí)產(chǎn)生干擾區(qū)域，海洋聲層析術(shù)中首先需要用陣列處理技術(shù)對(duì)射線路徑分離。水聲信號(hào)在淺海中沿多路徑傳播，形成不同角度的射線路徑，實(shí)現(xiàn)DOA估計(jì)即完成了對(duì)射線路經(jīng)的分離。但現(xiàn)有射線路徑分離算法對(duì)于淺海復(fù)雜的

2、環(huán)境中仍然存在著分辨力較弱和對(duì)噪聲魯棒性差的問題。而近年來被提出的壓縮感知算法為波達(dá)方向估計(jì)提供了一種新的信號(hào)重構(gòu)和參數(shù)估計(jì)方法。
　　本文在淺海背景下提出兩種基于壓縮感知的寬帶DOA估計(jì)算法，用于在空間域上有效地分離射線路徑。其主要工作如下:
　　(1)闡述了壓縮感知理論的基本原理，對(duì)基于壓縮感知的經(jīng)典窄帶DOA估計(jì)方法l1-SVD算法和l1-SRACV算法進(jìn)行了理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，分析了現(xiàn)有方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為把窄帶算法擴(kuò)展

3、到寬帶領(lǐng)域奠定了理論基礎(chǔ)和研究方向。
　　(2)針對(duì)l1-SRACV算法運(yùn)算量大的缺點(diǎn)，本文提出了一種基于陣列協(xié)方差矩陣的寬帶凸優(yōu)化算法，該方法將寬帶信號(hào)在頻域內(nèi)分解成J個(gè)窄帶分量，然后在每個(gè)子帶上直接進(jìn)行窄帶處理，即對(duì)比陣列輸出采樣信號(hào)的協(xié)方差矩陣內(nèi)各原子結(jié)構(gòu)，提取部分原子進(jìn)行重組矩陣，并對(duì)新矩陣進(jìn)行稀疏重構(gòu)。根據(jù)信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性構(gòu)造空間譜，對(duì)所有子帶的空間譜進(jìn)行平均，最后得到寬帶信號(hào)空間譜估計(jì)。提取協(xié)方差矩陣主對(duì)

4、角線元素構(gòu)造稀疏矩陣的方式明顯改善了l1-SRACV算法運(yùn)算量大的缺點(diǎn)，仿真實(shí)驗(yàn)證明該方法能夠有效地抑制偽譜峰，獲得更精確的DOA估計(jì)。
　　(3)針對(duì)現(xiàn)有稀疏重構(gòu)DOA估計(jì)算法不能有效抑制噪聲項(xiàng)以及在相干信號(hào)源情況下，協(xié)方差方法不能準(zhǔn)確的估計(jì)出來波方向的問題，本文提出一種基于四階累積量的寬帶凸優(yōu)化算法。在陣列測(cè)向中，利用高階累積量的盲高斯性，可以抑制空間高斯色噪聲;由于多路徑傳播的影響，接收信號(hào)中如果存在相干信號(hào)則會(huì)降低自相關(guān)矩