[发明专利]一种基于JADE算法的四输入信号分离方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于JADE算法的四输入信号分离方法及系统，采用流水线设计，具有脉动阵列处理思想，可以实现并行化的JADE算法，使得该实系统可对最多四路信号的线性混叠做信号分离，并且该系统具有计算速度快、精度高以及硬件资源开销小的特点。

技术领域

本发明属于信号分离技术领域，具体涉及一种基于JADE算法的四输入信号分离方法及系统。

背景技术

在对源信号和传输信道几乎没有可以利用的信息的情况下，仅仅通过观测到的混合信号汇总提取或恢复源信号，这一类信号处理方法称作盲信号处理。在现实情况下，通常当盲分离的各个分离相互独立时，才具有较强的工程价值，这类处理称为独立分量分析。独立分量分析在源信号统计独立的假设下，建立目标函数，通过优化算法将观测信号分解成若干的独立分量。目前独立分量分析在需要领域有着实际的应用，包括生物医学、图像处理以及通信系统等。

由于独立分量分析的各类算法均涉及到大量的迭代、乘累加以及矩阵运算，算法的硬件实现复杂度高。但是现场可编辑门阵列(FPGA)芯片具有极强的实时性以及并行处理的能力，将复杂的独立分量分析算法通过FPGA硬件实现，不但可以满足诸多领域内对数据实时处理的需求，也可摆脱算法软件的限制，便于专用芯片的集成化设计。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于JADE算法的四输入信号分离方法及系统解决了现有的信号分离过程中实时性难以得到保障且受算法软件限制的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于JADE算法的四输入信号分离方法，包括以下步骤：

S1、对原始待分离的混合信号进行预处理，获得白化后的数据；

S2、基于白化后的数据，计算对应的四维累计量矩阵；

S3、通过JADE算法对四维累计量矩阵进行迭代计算，获得解分离矩阵；

S4、将解分离矩阵和原始待分离的混合信号进行矩阵乘法计算，获得四路解分离后的信号。

进一步地，所述步骤S1具体为：

对原始待分离的混合信号依次进行去均值处理、协方差矩阵计算、特征值分解、白化矩阵计算和矩阵乘法计算；

其中，去均值处理的公式为：

X′＝X-E(X)

式中，X′为去均值后的信号数据，X为输入信号数据，E(X)为输入信号数据的均值；

计算得到的协方差矩阵S为：

式中，cov(·)为协方差运算，E(·)为去均值运算函数，下标i为信号分量的采样点标号，x_1i,x_2i分别为第一个信号分量和第二个信号分量，T为信号采样点数；

特征值分解公式为：

D＝U^TSU＝diag(λ₁,λ₂,…,λ_n)

式中，D为特征值分解得到的特征值矩阵，U为特征向量矩阵，U＝[u₁,u₂,…,u_n]，u₁,u₂,…,u_n为第1～n个特征向量，diag(·)为对角矩阵，λ₁,λ₂,…,λ_n为第1～n个特征值，上标T为转置运算符；

白化矩阵W为：

W＝D^1/2*U^T