基于压缩感知的跳频信号参数盲估计算法

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2017288

通信学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (12): 48-56.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2017288

基于压缩感知的跳频信号参数盲估计算法

付云红,张云飞,韦娟,刘乃安

西安电子科技大学通信工程学院，陕西西安 710071

修回日期:2017-11-06 出版日期:2017-12-01 发布日期:2018-01-19
作者简介:付卫红（1979-），女，湖北孝感人，博士，西安电子科技大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为宽带无线通信、通信信号处理等。|张云飞（1992-），女，河北邢台人，西安电子科技大学硕士生，主要研究方向为跳频信号参数估计、压缩感知等。|韦娟（1973-），女，陕西渭南人，博士，西安电子科技大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为卫星通信与移动通信等。|刘乃安（1966-），男，河南洛阳人，博士，西安电子科技大学教授、博士生导师，主要研究方向为无线通信与射频、扩展频谱通信与通信对抗等。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61201134);高等学校学校引智计划基金资助项目(1308038)

Blind parameter estimation algorithm for frequency-hopping signals based on compressed sensing

Yun-hong FU,Yun-fei ZHANG,Juan WEI,Nai-an LIU

School of Electronic Engineering，Xidian University，Xi’an 710071，China

Revised:2017-11-06 Online:2017-12-01 Published:2018-01-19
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(61201134);The Discipline Innovative Engineering Plan(1308038)

摘要/Abstract

摘要：

针对现有的跳频信号参数估计算法没有充分考虑跳频信号频域稀疏特性的问题，提出一种基于压缩感知的跳频信号参数盲估计算法。该算法首先采用最大余弦法对经过压缩采样的跳频信号进行分段处理，估计出各段信号的跳频频率，然后，利用原子匹配的方法对含有跳变点的各段信号进行处理，精确估计出各个频率跳变时刻，进而估计跳速和起跳时刻。实验结果表明该算法在显著降低信号采样数据量和计算复杂度的同时，提高了参数估计精度。

关键词: 跳频信号, 压缩采样, 参数估计, 原子匹配

Abstract:

A blind parameter estimation algorithm for frequency-hopping signals based on compressed sensing was proposed，in order to solve the problem that the existing parameter estimation algorithms did not take into account the sparse structural characteristics of the signals in frequency domain.Firstly，the maximum cosine method was used to process the segmented compressed sampling signals，and the hopping frequency was estimated.Then，the atom matching algorithm was used to process the signal with the hopping point，and the frequency hopping instance time was estimated accurately.Then the hopping speed and hopping time were estimated.The experimental results show that the algorithm can significantly reduce the sampling data and computational complexity，while improving estimation accuracy.

Key words: frequency-hopping signal, compressive sampling, parameter estimation, atomic matching

中图分类号:

TN914.41

付云红,张云飞,韦娟,刘乃安. 基于压缩感知的跳频信号参数盲估计算法[J]. 通信学报, 2017, 38(12): 48-56.

Yun-hong FU,Yun-fei ZHANG,Juan WEI,Nai-an LIU. Blind parameter estimation algorithm for frequency-hopping signals based on compressed sensing[J]. Journal on Communications, 2017, 38(12): 48-56.

图/表 13

图1

图2

图3

图4

表1

3种算法在不同压缩比下的计算复杂度及对比"

算法计算量及对比	计算复杂度表达式	k＝2	k＝8
分段法(η₁)	$\frac{L N^{2}}{k}$	1.573×10⁷	3.932×10⁶
本文算法(η₂ )	$\frac{(L + 8 B) N^{2}}{k}$ +	4.089×10⁷	1.022×10⁷
原子分解法(η₃)	$\frac{2 L N}{k} \dim (Ψ^{'})$	1.536×10¹⁰	3.840×10⁹
$\frac{η_{1}}{η_{2}}$	$\frac{L}{L + 8 B}$	0.385	0.385
$\frac{η_{3}}{η_{2}}$	$\frac{(L + 8 B) N}{2 L \cdot \dim (Ψ^{'})}$	375.642	375.734

表1

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

参考文献 13

[1]	LAL P M C , PALSULE V S , RAVI K V . Applications of frequency hopping spread spectrum techniques:an overview[J]. LETE Technical Review, 2015,3(5): 210-220.
[2]	YU S , YOU X , OU W,et,al . STFT-like time frequency representation of nonstationary signal with arbitrary sampling schemes[J]. Neurocomputing, 2016,204(5): 211-221.
[3]	PACHORI R B , NISHAD A . Cross-terms reduction in the Wigner-Ville distribution using tunable-Q wavelet transform[J]. Signal Processing, 2016,120(2016): 288-304.
[4]	赵俊, 张朝阳, 赖利峰 . 一种基于时频分析的跳频信号参数盲估计方法[J]. 电路与系统学报, 2003,8(3): 46-50.
	ZHAO J , ZHANG C Y , LAI L F . Blind parameter estimation of frequency-hopping signals based on time-frequency analysis[J]. Journal of Circuits and Systems, 2003,8(3): 46-50.
[5]	HUANG A M , GUAN G , MEHBODNIYA A ,et al. A block orthogonal matching pursuit algorithm based on sensing dictionary[J]. International Journal of the Physical Sciences, 2011,6(5): 992-999.
[6]	范海宁, 郭英, 艾宇 . 基于原子分解的跳频信号盲检测和参数盲估计算法[J]. 信号处理, 2010,26(5): 695-702.
	FAN H N , GUO Y , AI Y . Blind detection and parameter estimation algorithm based on atomic decomposition[J]. Signal Processing, 2010,26(5): 695-702.
[7]	郭建涛, 王宏远, 余本海 . 基于粒子群算法的跳频信号参数估计[J]. 计算机应用研究, 2010,27(2): 512-514.
	GUO J T , WANG H Y , YU B H . Parameter estimation of frequency hopping signal based on particle swarm optimition[J]. Application Research of Computer, 2010,27(2): 512-514.
[8]	BOUGHER B . Introduction to compressed sensing[J]. Leading Edge, 2015,34(10): 1256-1257.
[9]	HU C , JIN Y K , NA S Y . Compressive frequency hopping signal detection using spectral kurtosis and residual signals[J]. Wireless Personal Communications, 2015,94(1): 53-67.
[10]	LIU F , MICHAEL W . Compressive sampling for detection of frequency-hopping spread spectrum signals[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2016,64(21): 5513-5524.
[11]	沈长林 . 基于压缩感知的跳频信号参数盲估计[D]. 西安:西安电子科技大学, 2012.
	SHEN C L . Blind parameter estimation of frequency-hopping signal based on compressed sensing[D]. Xi’an:Xidian University, 2012.
[12]	任旭, 朱卫纲 . 基于压缩感知的跳频信号参数估计[J]. 计算机工程与设计, 2016,37(4): 867-871.
	REN X , ZHU W G . Parameter estimation of frequency hopping signals based on compressed sensing[J]. Computer Engineering and Design, 2016,37(4): 867-871.
[13]	张春磊, 李立春, 王大鸣 . 压缩域宽带跳频信号跳变时刻估计算[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2015,13(1): 122-128.
	ZHANG C L , LI L C , WANG D M . A hopping transition time estimation algorithm for wide-band frequency-hopping signal in compressed domain[J]. Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology, 2015,13(1): 122-128.

[1]	崔伟, 于颖, 于海霞, 陈超, 李云鹏. 基于IOC-CSMP的OFDM系统稀疏信道快速重构算法[J]. 通信学报, 2023, 44(2): 52-58.
[2]	李国军, 向翠玲, 叶昌荣, 王尊立. 短波数字信道化通信探测一体化快速建链方法[J]. 通信学报, 2023, 44(1): 89-102.
[3]	朱政宇, 林宇, 王梓晅, 巩克现, 陈鹏飞, 王忠勇, 梁静. 基于MeanShift的短波跳频信号快速盲检测[J]. 通信学报, 2022, 43(6): 200-210.
[4]	李丽,邱天爽,贺明妍. 基于分数低阶类相关熵的双基地MIMO雷达目标参数联合估计新算法[J]. 通信学报, 2016, 37(12): 42-49.
[5]	宋靖,张剑云,张文刚. 分布式全相参雷达相干参数估计及相参性能分析[J]. 通信学报, 2015, 36(3): 130-138.
[6]	黄浩,钱骅,姚赛杰,杨秀梅. 基于坐标变换的射频功放预失真参数估计方法[J]. 通信学报, 2015, 36(1): 75-83.
[7]	李丽,邱天爽. 宽带双基地MIMO雷达的参数联合估计的新方法[J]. 通信学报, 2014, 35(6): 192-199.
[8]	李丽，邱天爽. 宽带双基地MIMO雷达的参数联合估计的新方法[J]. 通信学报, 2014, 35(6): 25-199.
[9]	刘婷1，周杰1,2，菊池久和2. 基于ISL0算法的码间干扰稀疏多径信道估计[J]. 通信学报, 2014, 35(5): 17-133.
[10]	刘婷,周杰,菊池久和. 基于ISL0算法的码间干扰稀疏多径信道估计[J]. 通信学报, 2014, 35(5): 124-133.
[11]	沙志超，黄知涛，周一宇，王军华. 基于稀疏重构的跳频信号时频分析方法[J]. 通信学报, 2013, 34(5): 12-112.
[12]	沙志超,黄知涛,周一宇,王军华. 基于稀疏重构的跳频信号时频分析方法[J]. 通信学报, 2013, 34(5): 107-112.
[13]	曾凡仔,刘洁,李仁发,曾庆光. 基于一致优化的分布式宽带合作频谱感知算法[J]. 通信学报, 2011, 32(9): 147-152.
[14]	刘明骞,李兵兵,唐宁洁,李钊. 认知无线电中OFDM信号信噪比盲估计[J]. 通信学报, 2011, 32(11): 78-84.
[15]	汪飞,王树勋,张坤雷. 色噪声背景下基于四元数MUSIC方法的矢量阵列信号参量估计[J]. 通信学报, 2008, 29(5): 133-139.

基于压缩感知的跳频信号参数盲估计算法

Blind parameter estimation algorithm for frequency-hopping signals based on compressed sensing

在线阅读

PDF下载

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献 13

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0