[发明专利]一种信号稀疏表示及重构的时频原子字典及信号处理方法

说明书

本发明涉及一种信号稀疏表示及重构的MicroDopplerlet时频原子字典及信号处理方法，由一个高斯窗函数与一个时变的复正弦函数相乘构成。在信号处理、通信工程等信息领域，MicroDopplerlet时频原子可用于对包含微多普勒信息的信号进行稀疏表示和重构，具有专用性。改变该时频原子中的四个可变参数，就可采用信号稀疏分解理论方便、灵活地表示和重构较为复杂的微多普勒信号及信号分量。当使用发射信号对目标进行主动探测时，可提取目标的振动、摆动、旋转等微动信息参数，用于对目标进行检测和识别，并可对微动目标回波建模用于研究目标的微多普勒效应。当用于无线通信时，可提取通信传输信道的微动参数、微多普勒信息。

技术领域

本发明属于信息与通信工程领域，涉及一种信号稀疏表示及重构的MicroDopplerlet时频原子字典及信号处理方法,用于对包含微多普勒效应特征的信号进行稀疏表示和重构，提取目标组成构件振动、摆动、旋转等周期往复式运动的微多普勒频率、微运动参数等信息特征，为目标检测、目标识别、目标成像、通信信道估计等提供特征参数。

背景技术

信号处理的目的在于更好地提取或者揭示信号中蕴含的信息。与目标组成构件振动、摆动、旋转等微运动(Micro-motion)相联系的微多普勒效应(Micro-Doppler Effect)包含有目标丰富的信息特征，采用稀疏分解(Sparse Decomposition)研究微多普勒效应，提取微多普勒信息及微运动参数信息对于目标检测、目标识别、目标成像、通信信道估计具有良好的前景。

稀疏分解研究信号简洁表示的本质问题，在过完备原子字典对信号进行简洁表示，能够更好地揭示、分辨和提取信号中所蕴涵的信息。稀疏分解也称为信号稀疏表示(Sparse Representation)，属于当前信号处理学科的前沿研究方向，在非平稳信号分析中显示了巨大优势和潜力。

在稀疏信号处理中，设计能够表征信号内在结构特征的时频原子及构造相应的过完备原子字典对于信号稀疏表示、目标信息特征提取十分重要。Mallat和Zhang在提出著名的匹配追踪算法时就设计了一个经伸缩、时频和频率调整的Gauss函数集，现在称这种原子集合为Gabor原子字典。Gabor字典中的Gabor原子时频聚集性好，可以清楚地揭示信号的时频特征，但Gabor原子的频率不随时间变化，不适合表示频率变化的信号。后来，Mann和Mihovilovic等提出了采用经伸缩、时移、频移和频率倾斜的Gauss函数作为时频原子，称为Chirplet原子，所组成的字典称为Chirplet字典。Chirplet字典能紧致地表征频率随时间线性变化的Chirp类信号，但不适合表示频率非线性变化的信号。邹红星提出了一种瞬时频率随时间非线性变化的时频原子，即FM^mlet原子，所组成的过完备原子集合称为FM^mlet字典。FM^mlet原子调整参数太多，字典很大，可分析频率成分随时间非线性变化的信号，但不适合于分析非线性变化较为复杂的信号。

人们还根据一些特定应用环境中遇到的特殊信号，还设计了分析特殊信号的专用原子字典。构造了正弦字典用于对语音信号的正弦建模。构造阻尼原子以及阻尼原子字典用于对音频信号的暂态冲击信号建模。利用Doppler效应构造了Dopplerlet原子及Dopplerlet原子字典用于分析目标运动时的Doppler信号。

以上所述的Gabor原子、Chirplet原子、FM^mlet原子以及一些在特定场合中使用的专用原子等均不能稀疏或者简洁地表示包含微多普勒效应的信号，难于提取微运动目标的微多普勒频率、微运动信息参数。因此，设计用于对包含微多普勒效应特征的信号进行稀疏表示和重构，并提取振动、摆动、旋转等周期往复式微动目标的微多普勒频率、微运动参数等信息特征的时频原子和时频原子字典具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题