认知WSN中基于能量有效性自适应观测的梯度投影稀疏重构方法

针对认知无线传感器网络中传感器节点侧的模拟信息转换器对本地感知数据进行稀疏表示与压缩测量,该文提出一种基于能量有效性观测的梯度投影稀疏重构(GPSR)方法。该方法根据事件区域内认知节点对实际感知到的非平稳信号空时相关性结构,映射到小波正交基级联字典进行稀疏变换,通过加权能量子集函数进行自适应观测,以能量有效的方式获取合适的观测值,同时对所选观测向量进行正交化构造测量矩阵。汇聚节点采用GPSR算法进行自适应压缩重构。仿真比较了GPSR自适应重构与正交匹配追踪(OMP)重构算法。仿真结果表明,在压缩比小于0.2的区域内,基于能量有效性观测的GPSR自适应重构效果优于传统随机高斯测量信号重构。在相同节点数情况下,GPSR自适应压缩重构方法在低信噪比区域内具有较小的重构均方误差,且该方法所需观测数明显低于随机高斯观测,同时有效保障了感知节点的能耗均衡。     

压缩感知自适应观测矩阵设计

稀疏表示、不相关观测和重构是影响压缩感知性能的三大要素,本文设计的自适应观测矩阵以高斯随机观测阵为初始矩阵,利用信号稀疏域系数的部分先验信息进行自适应变换,形成新的观测阵,当压缩感知矩阵对信号的稀疏系数进行投影时,可使得稀疏系数中的小系数更接近于零;同时,通过减少观测阵行向量的方式来减少观测值,从而应用自适应观测阵后的数据传输量与用高斯随机矩阵的数据传输量相差不大。自适应观测矩阵对压缩感知的性能改进体现在重构精度上,用迭代硬阈值算法作为重构算法,我们从理论和实验仿真两方面验证了自适应观测阵的性能要优于高斯随机矩阵。     

基于麻雀算法的压缩感知观测矩阵优化方法

为了解决在利用压缩感知理论重构信号时,随机矩阵优化算法不能很好地解决最优相关性的问题,提出用改进的麻雀搜索算法来加强观测矩阵的全局寻优性,使得观测矩阵与稀疏矩阵的互相关系数降低,以此提高信号的重构精度.该算法用黄金正弦算法优化了麻雀算法的种群生成模式,减少了算法的迭代次数,增强了全局寻优能力,然后用改进麻雀算法在随机高...     

一种基于最优观测矩阵的自适应贝叶斯压缩信道感知联合机制

该文采用基于概率模型的贝叶斯压缩感知方法,从最大后验概率角度,给出了压缩信道感知的一般流程。在此基础上,利用自适应贝叶斯压缩感知将信号的重构和观测矩阵的设计结合,使这两个环节不再相互独立。同时,提出一种基于最优观测矩阵的自适应贝叶斯压缩感知联合机制,通过减少观测矩阵的相关度以及对观测矩阵的自适应设计,使得信道的重构效果更佳。另外可利用重构过程中得到的差错栏,对重构精确度进行衡量。仿真表明:在相同的实验条件下,该联合机制相比传统的重构算法,具有更好的抗噪声能力和重构精度。     

行阶梯观测矩阵、对偶仿射尺度内点重构算法下的语音压缩感知

基于语音信号在离散余弦域上的近似稀疏性,针对采用随机高斯观测矩阵及线性规划方法进行语音压缩感知与重构时,重构零(近似零)系数定位能力差而导致重构效果不好的缺点,本文提出一种新的行阶梯矩阵做观测矩阵,用对偶仿射尺度内点重构算法对语音进行压缩感知与重构,并对该算法下的重构性能进行理论分析.语音压缩感知仿真结果表明,在离散余弦基下,压缩比(观测序列与原始序列样值数之比)为1∶4时,行阶梯观测矩阵下的平均重构信噪比比随机高斯观测矩阵下提高9.73dB,平均MOS分比随机高斯观测矩阵下提高1.22分.     

压缩感知观测矩阵的优化算法

为克服基于压缩感知的图像重构算法存在的不足,文中对观测矩阵设计方法进行了改进,并根据稀疏信号的特点对观测矩阵加权,令奇异值分解得到的对角阵对角线上的元素全部为1。通过仿真实验表明,将改进后的矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,在大压缩比时PSNR值约提高(1~2 dB),在小压缩比较时PSNR值提高了(8~9 dB)。     

基于压缩感知重构信号的说话人识别系统抗噪方法研究

基于语音信号在离散余弦基下的近似稀疏性,本文对语音信号采用压缩感知(Compressed Sensing)技术进行压缩和重构,即将语音信号投影到随机高斯观测矩阵,并采用线性规划(Linear Program)方法进行重构,研究了重构误差与观测矢量点数的关系,分析了噪声环境下重构信号的频谱变化情况。针对噪声环境下压缩感知重构信号比原始信号频谱变化小的特性,提出了一种基于压缩感知重构信号的说话人识别系统抗噪方法,给出了不同信噪比下获得最高识别率时压缩感知观测矢量的最佳点数。      

基于自适应分块和联合优化光滑l0范数的二维压缩感知算法

传统的压缩感知模型和重构方法，虽能有效减少数据量，但压缩和重构性能不佳，故该文提出一种基于自适应分块和联合优化光滑l₀范数(SL0)的2维压缩感知算法。压缩过程利用灰度熵和四叉树算法进行自适应分块和采样率分配，同时对压缩模型改进，使用混沌循环矩阵作为测量矩阵，提升了压缩性能。重构过程基于SL0算法，采用陡峭性更高的拟合函数，结合拟牛顿法和动态迭代的方案提高重构质量和效率。该算法峰值信噪比和结构相似性指数相比现有算法平均提升了5.44 dB和21.08%，平均计算时间仅需1.59 s，表明该算法能稳定、快速地实现图像的压缩感知和精确重构，为压缩感知和图像重构提供了新方法。     

一种基于压缩感知的数字图像水印算法

根据压缩感知具有压缩短、解码复杂和鲁棒性强的特征,提出一种新的基于压缩感知的数字图像水印算法。该算法有效克服了信号重建时稀疏度未知的问题,增强了数字水印系统的抗提取防破坏能力。在嵌入水印时,将水印的高频系数用构造的伯努利矩阵进行观测后,嵌入于图像的低频系数中;在提取水印时,利用正则化自适应匹配追踪(RAMP)算法对高频系数进行恢复,最后与低频系数结合实现水印的重构。实验结果表明:该算法在重构精度和重构时间上要高于同类算法,具有很好的鲁棒性、透明性和安全性。     

基于自适应压缩感知的信道估计算法

传统方法压缩感知算法截取训练序列最后未被数据干扰固定部分作为观测矩阵,该方法为了抵抗最差的信道而浪费了大量的可用观测数据。在此基础上提出了一种自适应压缩感知的信道估计算法,首先对训练序列进行自适应检测,得到整个未受干扰的观测矩阵,再用压缩感知算法计算信道估计。仿真结果表明,这种基于自适应压缩感知的信道估计算法大幅提高了信道估计的准确性。     

基于压缩感知的超宽带信道估计方法的研究

压缩感知(Compressed Sensing, CS)理论可以从较少的观测样本中恢复稀疏信号。针对超宽带(Ultra- WideBand, UWB)信道的稀疏特性,将压缩感知理论应用于UWB系统的信道估计中,能够有效地降低系统的采样速率。该文针对UWB信道的特点对过完备字典库和观测矩阵进行设计,提出了一种滤波矩阵估计算法。然后,分别利用丹茨格选择器(Dantzig Selector, DS),基追踪降噪(Basis Pursuit De-Noising, BPDN)算法和正交匹配跟踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)算法实现信号检测,进一步给出UWB信道估计中CS重建算法的选择建议。基于IEEE 802.15.4a信道模型的仿真结果表明,该算法同随机观测算法的检测结果相比,能够在较低的采样速率下获得更好的误码率性能。     

基于稀疏度自适应压缩感知的电容层析成像图像重建算法

为提高电容层析成像(ECT)系统重建图像的质量,该文提出一种基于改进稀疏度自适应的压缩感知电容层析成像算法。利用压缩感知与电容层析成像算法的契合点,以随机改造后的电容层析成像灵敏度矩阵为观测矩阵,离散余弦基为稀疏基,测量电容值为观测值,建立模型。利用线性反投影算法(LBP算法)所得图像预估原始图像稀疏度,以预估稀疏度值作为索引原子初始值进行稀疏度自适应迭代。改进后的稀疏度自适应匹配追踪重构算法实现ECT图像重建,解决了稀疏度预估不准确导致重建图像精度差的问题。仿真实验结果表明,该算法可以有效重建ECT图像,其成像质量优于LBP算法、Landweber算法、Tikhonov算法等传统算法,是研究电容层析成像图像重建的一种新的方法和手段。     

Reconstruction algorithm based on multi-reference frames hypothesis optimization for compressive sensing

In multi-hypothesis based distributed compressed video sensing systems,the quality of the multi-hypothesis set has important influence on the reconstruction performance of decoder.However,the acquiring of the hypothesis set has not been concerned in existing works.A reconstruction algorithm based on multi-reference frames hypothesis optimization (MRHO) was proposed.This algorithm expanded the selection of hypothesis vectors by increasing the number of reference frames.The quality of the prediction set was improved by hypotheses optimization selection under the same size with the original hypothesis set.Simulation results show that the proposed MRHO algorithm effectively improves the reconstructed quality of the distributed compressed video sensing scheme.     

基于改进压缩感知的缺损光纤Bragg光栅传感信号修复方法

光纤光栅传感在实际的应用中,存在采样信号数据丢失问题,该文提出一种改进重构算法的压缩感知信号修复方法。根据缺损信号特征,选取与之匹配的观测矩阵与稀疏字典。基于压缩感知重构算法,提出匹配光纤布拉格光栅(FBG)信号特征的自适应阈值函数,同时增设阈值判决条件。分析了信号修复与传感测量精度的关系,采用重建信号的寻峰误差来验证信号的修复效果。仿真结果显示,在FBG光谱数据缺失30%的情况下,恢复信号的平均相对误差为10-6;均方根误差为0.0707,比对比算法低0.0232~0.1159;且系统平均运行时间远低于对比算法,表明采用该文算法修复缺损的FBG传感信号具有较高的重构精度与较好的实用性。     

无线传感网中基于卡尔曼预测的自适应压缩感知

针对无线传感网中节点间相关性较弱但节点内相关性较强的情况,本文提出了基于卡尔曼预测的自适应压缩感知算法。在中继传输模型下,通过卡尔曼预测来决定观测节点是否发送数据,减少发送节点来构建空间稀疏性,同时在融合中心采用自适应选择中继数量的序贯重构算法,降低中继节点的传输能耗。仿真结果表明,和其他基于预测的压缩感知算法相比,本算法观测节点的计算复杂度和中继节点的传输能耗大大降低而不会带来误差的增加。      

Energy-based adaptive matching pursuit algorithm for binary sparse signal reconstruction in compressed sensing

Compressed sensing gains great attention in the field of signal reconstruction. In order to deal with some practical cases in which the sparsity levels are unknown, this paper proposes an energy-based adaptive matching pursuit (EAMP) algorithm for binary sparse signal reconstruction in the compressed sensing framework. The EAMP algorithm inherits the feature of the sparsity adaptive matching pursuit algorithm, which increases the estimated sparsity level when the energy of the observation residue increases. Meanwhile, the proposed algorithm introduces the measurement vector into the signal reconstruction process. It uses two kinds of step sizes to increase the estimated sparsity level when the energy of the estimated candidate signal is less than half of that of the measurement vector. The experimental results indicate that the proposed EAMP algorithm provides better reconstruction performance than other greedy algorithms.     

压缩感知中稀疏分解和重构精度改进的一种方法

稀疏分解、非相关观测和重构算法是压缩感知的三大要素,任何一个环节的设计优劣都对压缩感知的性能产生重大影响,稀疏分解是实现压缩感知的前提,现今使用的稀疏分解对大多数自然信号都不能做到理想的绝对稀疏,而是近似稀疏,这大大影响了压缩感知的重构性能。本文设计了一种可逆的阈值,并用其构造门限矩阵,从而门限矩阵可逆,将门限矩阵作用于信号经正交变换后的近似稀疏系数,可使系数更接近理想的绝对稀疏,而且门限矩阵对系数的处理过程是可逆的,即可由处理后的系数无损恢复原来的近似稀疏系数。重构算法采用贪婪算法中的OMP和CoSaMP,从理论上分析了在保证与CoSaMP同样的前提条件下,门限矩阵改进后的CoSaMP重构误差明显减小,仿真实验用门限矩阵对OMP和CoSaMP的改进前后进行对比,验证了门限矩阵对重构精度有进一步的提高。      

基于块稀疏度与自适应迭代的压缩感知方法

针对分块压缩感知算法在平滑块效应时损失了大量的细节纹理信息,从而影响图像的重构效果问题,提出了一种基于块稀疏信号的压缩感知重构算法。该算法先采用块稀疏度估计对信号的稀疏性做初步估计,通过对块稀疏度进行估算初始化阶段长,运用块矩阵与残差信号最匹配原则来选取支撑块,再运用自适应迭代计算实现对块稀疏信号的重构,较好地解决了浪费存储资源和计算量大的问题。实验结果表明,相比常用压缩感知方法,所提算法能明显减少运算时间,且能有效提高图像重构效果。     

基于秩极小化的压缩感知图像恢复算法

本文将压缩感知图像恢复问题作为低秩矩阵恢复问题来进行研究.为了构建这样的低秩矩阵,我们采样非局部相似度模型,将相似图像块作为列向量构建一个二维相似块矩阵.由于列向量间的强相关性,因此该矩阵具有低秩属性.然后以压缩感知测量作为约束条件对这样的二维相似块矩阵进行低秩矩阵恢复求解.在算法求解的过程中,使用增广拉格朗日方法将受限优化问题转换为非受限优化问题,同时为了减少计算复杂度,使用基于泰勒展开的线性化技术来加速算法求解.实验表明该算法的收敛率、图像恢复性能均优于目前主流压缩感知图像恢复算法.