[發明專利]一種冗余擴展單源觀測信號的盲信號分離方法

在審

• 申請號: 201410785148.0
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104636313A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 蔡彪
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16
• 代理公司: 四川君士達律師事務所 51216
• 代理人: 芶忠義

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，涉及一種冗余擴展單源觀測信號的盲信號分離方法。

背景技術

盲信號處理就是在源信號和傳輸通道的參數的未知的情況下，根據源信號的統計特性，僅由觀測信號恢復出源信號的過程。在現實應用中，盲分離在圖像處理、語音信號處理、生物醫學信號處理、聲納以及雷達信號探測、通信信號處理等方面具有極大的應用前景。盲分離按照其混疊方式的不同，可分為兩大類：瞬時線性混疊和非線性混疊，目前大多數研究都集中在瞬時線性混疊信號分離。

線性混疊信號盲信號又分為正定和欠定兩種情形。正定盲信號分離研究成熟，基于獨立分量分析的成果較多。欠定盲信號分離是指觀測器數目等于或多于源信號個數的情況。如果觀測器個數少于源信號個數，盲分離則變得非常困難，這時候往往采用的方法包括稀疏成分分析與混疊信號估計混合的辦法來解決。在極端情況下，當觀測器數目為1個的時候，即單源盲信號分離，處理就變得尤其困難，但其適用性卻最廣。因此研究單源觀測信號的忙信號分離技術具有重要的科學價值和現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種冗余擴展單源觀測信號的盲信號分離方法，基于(K，n)門限對單源觀測信號進行冗余擴展，擴展后的信號具有相互獨立性，可運用傳統的盲分離算法進行處理，是一種能準確實現單源盲信號的分離與恢復的可靠方法。

本發明所采用的技術方案是，一種冗余擴展單源觀測信號的盲信號分離方法，具體按照以下步驟實施：

第一步：對單源觀測信號進行冗余編碼：

盲信號分離的基本模型：

x(t)＝As(t)+N(t)，t＝1，2，…

觀測信號在時刻t的采樣值x(t)＝[x₁(t)，x₂(t)，…,x_M(t)]^T

待分離源信號在時刻t的采樣值s(t)＝[s₁(t)，s₂(t)，…,s_N(t)]^T

其中，t＝1，2，…表示采樣時刻，M為觀測信號個數，N為源信號的個數，N(t)為噪音信號，A∈R^M*N實混疊矩陣，A的秩為a；

由于觀測信號為單源信號，故x(t)為一維觀測列向量，s(t)為一維源信號列向量，對x(t)中的每個元素，構造基于(K，n)門限的觀測信號的冗余編碼：

y^k(t)＝f^k(x(t))

其中f(x)為(K，n)門限函數，f^k(x(t))為對t時刻的單源觀測信號x(t)通過(K，n)門限函數進行第k項的冗余編碼計算過程，y^k(t)為通過第k項計算得到第k個信號片；

這樣，通過冗余切片計算得到y^k(t)與觀測信號獨立，形成t時刻的單源觀測信號x(t)的冗余擴展：

x(t)→(y¹(t),…,y^k(t),…)

為了滿足正定以及第三步重構的要求，規定K≥a+2；這樣冗余擴展后的單源信號變成相互獨立的正定信號；

第二步：盲信號分離：

在第一步中，由于K≥a+2，因此至少可以構造3個不同的信號片向量；分別通過獨立成分分析方法對這3個信號向量進行分離：首先需要通過估計混疊矩陣并判定源信號的個數，如果估計信號的個數為M，矩陣A的秩a≥M，則用獨立成分分析方法進行分離，否則，重新估計混疊矩陣，重復第一步；

第三步：源信號恢復

經過第二步產生的信號并不是真正意義上的各個源信號，根據(K，n)門限的思想，對3個矩陣分離出來的信號需采用拉格朗日插值方法L(.)還原源信號；設(K，n)門限中n＝2，還原出來的3個信號向量分別為：

z₁(t)＝[Lv¹₁(t),Lv²₁(t),…,Lvⁱ₁(t),…,Lv^a₁(t)]

z₂(t)＝[Lv¹₂(t),Lv²₂(t),…,Lvⁱ₂(t),…,Lv^a₂(t)]