[發明專利]一種信號稀疏表示及重構的時頻原子字典及信號處理方法

在審

• 申請號: 202011053344.0
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112115918A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 馮西安;寇思瑋
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種信號稀疏表示及重構的MicroDopplerlet時頻原子字典及信號處理方法，由一個高斯窗函數與一個時變的復正弦函數相乘構成。在信號處理、通信工程等信息領域，MicroDopplerlet時頻原子可用于對包含微多普勒信息的信號進行稀疏表示和重構，具有專用性。改變該時頻原子中的四個可變參數，就可采用信號稀疏分解理論方便、靈活地表示和重構較為復雜的微多普勒信號及信號分量。當使用發射信號對目標進行主動探測時，可提取目標的振動、擺動、旋轉等微動信息參數，用于對目標進行檢測和識別，并可對微動目標回波建模用于研究目標的微多普勒效應。當用于無線通信時，可提取通信傳輸信道的微動參數、微多普勒信息。

技術領域

本發明屬于信息與通信工程領域，涉及一種信號稀疏表示及重構的MicroDopplerlet時頻原子字典及信號處理方法,用于對包含微多普勒效應特征的信號進行稀疏表示和重構，提取目標組成構件振動、擺動、旋轉等周期往復式運動的微多普勒頻率、微運動參數等信息特征，為目標檢測、目標識別、目標成像、通信信道估計等提供特征參數。

背景技術

信號處理的目的在于更好地提取或者揭示信號中蘊含的信息。與目標組成構件振動、擺動、旋轉等微運動(Micro-motion)相聯系的微多普勒效應(Micro-Doppler Effect)包含有目標豐富的信息特征，采用稀疏分解(Sparse Decomposition)研究微多普勒效應，提取微多普勒信息及微運動參數信息對于目標檢測、目標識別、目標成像、通信信道估計具有良好的前景。

稀疏分解研究信號簡潔表示的本質問題，在過完備原子字典對信號進行簡潔表示，能夠更好地揭示、分辨和提取信號中所蘊涵的信息。稀疏分解也稱為信號稀疏表示(Sparse Representation)，屬于當前信號處理學科的前沿研究方向，在非平穩信號分析中顯示了巨大優勢和潛力。

在稀疏信號處理中，設計能夠表征信號內在結構特征的時頻原子及構造相應的過完備原子字典對于信號稀疏表示、目標信息特征提取十分重要。Mallat和Zhang在提出著名的匹配追蹤算法時就設計了一個經伸縮、時頻和頻率調整的Gauss函數集，現在稱這種原子集合為Gabor原子字典。Gabor字典中的Gabor原子時頻聚集性好，可以清楚地揭示信號的時頻特征，但Gabor原子的頻率不隨時間變化，不適合表示頻率變化的信號。后來，Mann和Mihovilovic等提出了采用經伸縮、時移、頻移和頻率傾斜的Gauss函數作為時頻原子，稱為Chirplet原子，所組成的字典稱為Chirplet字典。Chirplet字典能緊致地表征頻率隨時間線性變化的Chirp類信號，但不適合表示頻率非線性變化的信號。鄒紅星提出了一種瞬時頻率隨時間非線性變化的時頻原子，即FM^mlet原子，所組成的過完備原子集合稱為FM^mlet字典。FM^mlet原子調整參數太多，字典很大，可分析頻率成分隨時間非線性變化的信號，但不適合于分析非線性變化較為復雜的信號。

人們還根據一些特定應用環境中遇到的特殊信號，還設計了分析特殊信號的專用原子字典。構造了正弦字典用于對語音信號的正弦建模。構造阻尼原子以及阻尼原子字典用于對音頻信號的暫態沖擊信號建模。利用Doppler效應構造了Dopplerlet原子及Dopplerlet原子字典用于分析目標運動時的Doppler信號。

以上所述的Gabor原子、Chirplet原子、FM^mlet原子以及一些在特定場合中使用的專用原子等均不能稀疏或者簡潔地表示包含微多普勒效應的信號，難于提取微運動目標的微多普勒頻率、微運動信息參數。因此，設計用于對包含微多普勒效應特征的信號進行稀疏表示和重構，并提取振動、擺動、旋轉等周期往復式微動目標的微多普勒頻率、微運動參數等信息特征的時頻原子和時頻原子字典具有重要意義。

發明內容

要解決的技術問題