用于压缩感知信号重建的正则化自适应匹配追踪算法

压缩感知理论是一种充分利用信号稀疏性或者可压缩性的全新的信号采样理论。该理论表明,通过采集少量的信号值就可实现稀疏或可压缩信号的精确重建。该文在研究和总结已有重建算法的基础上,提出了一种新的基于正则化的自适应匹配追踪算法(Regularized Adaptive Matching Pursuit,RAMP)用于压缩感知信号的重建。该算法可在信号稀疏度未知的情况下,通过自适应过程自动调节候选集原子的个数,利用正则化过程实现支撑集的二次筛选,最终实现了信号的精确重建。实验结果表明,在相同测试条件下,该算法的重建效果无论从主观视觉上还是客观数据上均优于其它同类方法。     

基于正交匹配追踪算法的语音信号重构研究

压缩感知理论是近年来提出的一种新兴的基于信号稀疏性的采样理论。正交匹配追踪算法是其中一种典型的重构方法,文中针对语音信号重构中存在的不足,采用正交匹配追踪算法对语音信号进行信号重构,相比于传统的压缩感知的重构算法更加地适用于对含噪语音、重构语音质量会更高,去噪效果也会更明显。为语音信号CS性能的基础性的研究提供了参考。     

一种改进的稀疏度自适应匹配追踪算法

压缩感知理论是一种充分利用信号稀疏性或可压缩性的全新信号获取和处理理论。针对未知稀疏度信号重构,提出了一种改进的稀疏度自适应匹配追踪算法。该算法首先利用一种基于原子匹配测试的方法得到信号稀疏度的初始估计,然后在稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)框架下采用变步长分阶段思想实现稀疏度的逼近,在初始阶段利用大步长实现稀疏度的快速粗接近,以提高收敛速度,在随后的迭代中逐渐减小步长,实现稀疏度的精逼近,最终实现信号的精确重构。理论分析和仿真结果表明,该算法在一定程度上解决了SAMP算法在大稀疏度条件下运算量较大以及固定步长导致的欠估计和过估计问题,较好地实现了未知稀疏度信号的精确重建,并且重建性能和重建效率均优于现有的同类算法。      

迭代预测正交匹配追踪算法

正交匹配追踪系列算法中,每次迭代在原子库中选择和残差匹配的多个原子是主流的改进方向,但对多原子的选择标准却鲜有深入研究,一般是选择原子库中与残差相关系数中最大的K个原子,或者选择所有大于某一阈值的原子。本文以正交匹配追踪算法为原型,运用统计学方法,研究了相邻两次迭代中与残差相关系数最大的原子之间的关系,得出了其相关系数具有区间性的结论,这对一次迭代选择多个原子具有指导意义。该结论可以支撑对下一步迭代中的原子进行高概率预测。基于此,本文提出了迭代预测正交匹配追踪算法,实验结果表明,相对于其他匹配追踪算法,其在保证重构精度未降低的情况下,耗时有较大幅度降低。      

信号压缩重构的正交匹配追踪类算法综述

压缩感知(Compressed sensing, CS)技术是近几年出现的一种新兴的信号采样和压缩技术,基于该理论所获得的原始信号采样值,不仅数量大大低于基于传统的Nyquist准则的采样值,而且CS技术还具有对未知信号边感知边压缩的特性。重构算法的设计是CS技术的核心,成为学者研究的重点。本文在对国内外已经出现的重构算法进行系统地研究后,在深入地研究了贪婪追踪算法和其重构模型的基础上,给出了正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)类算法的基本原理、优缺点及针对各种算法的缺点的改进方案。此外,为了读者更好地定位OMP类算法,本文还简要介绍了其他几种经典的重构算法。最后,把各种算法应用于图像重构,通过仿真实验分析了各种算法的重构性能、鲁棒性和复杂度,并进一步验证了各种算法的优缺点。      

块稀疏广义正交匹配追踪算法

基于广义正交匹配追踪,提出了一种在压缩感知框架下,适用于任意块稀疏信号重构的算法。该算法以贪婪迭代为核心,在迭代过程中利用一种新的方法寻找非零块,达到了非零块估计方法优化的目的,提升了算法重构概率。理论分析表明在恰当的受限等距特性常数约束下,该算法能够保证重构原始信号。仿真实验从稀疏度、算法估计步长、测量值数目、迭代次数等方面证明了该算法的有效性与优越性。     

基于块A*正交匹配追踪的多传感器数据联合重构算法

针对A*正交匹配追踪(A*OMP)算法计算复杂高,且不能利用信号的结构稀疏性这一缺陷,该文提出了块A*OMP算法并将其用于解决分布式压缩感知中的信号联合重构问题。该算法用原子块取代单个原子作为搜索树中的节点,在计算路径代价时用搜索树中所有路径的最大长度取代信号的稀疏度。然后在块A*OMP算法的基础上,选择与残差矩阵投影误差最小的原子块作为新的节点,得到了一种用于解决MMV(Multiple Measurement Vector, MMV)问题的块A*OMP算法,并利用该算法对相邻区域内的多个传感器所测的温度信号进行了联合重构。实验结果表明,该算法的重构性能优于MMV正交匹配追踪(OMPMMV)算法。     

基于余弦相似度的正交匹配追踪算法研究

压缩感知理论的提出极大促进了信号等领域的发展。为了精确的恢复原始信号,本文在正交匹配追踪算法的基础上,提出一种改进的余弦相似正交匹配追踪算法,该算法结合广义选择原子的思想,加入余弦相似系数,进一步提高对原子相关性选择,从而提高信号重构的精度。并通过在不同稀疏度及压缩比下进行信号重构,结合精确重构率对不同信号进行重构实验。结果表明,提出的改进算法在重构精度上具有显著的优越性。     

用于压缩采样信号重建的回溯正则化自适应匹配追踪算法

正则化正交匹配追踪算法是一种广泛被使用的压缩感知重构算法,但其需要已知信号的稀疏度。针对这一缺点,本文提出一种回溯正则化自适应匹配追踪算法。该算法基于正则化正交匹配追踪算法进行改进,首先采用设置模糊阈值的方式初始化选取一些原子,然后对其进行正则化,最后采用回溯的方式删掉个别错误的原子。在每次迭代中,不断更新支撑集的同时扩大支撑集,以逐步逼近信号的稀疏度。实验结果表明,在相同的测试条件下,改进后的算法与其他贪婪算法相比,无论是对一维稀疏信号还是二维图像,均取得了更好的重建效果,且运行时间也比较适中。      

组合正交基字典稀疏分解快速匹配追踪算法

组合正交基字典稀疏分解通过正交基的级联来构造完备字典,实现稀疏分解。针对稀疏分解的常见算法计算复杂度高的问题,提出一种快速匹配追踪算法。该算法首先求出并存储正交基向量之间的内积,然后根据向量正交基展开系数为其与正交基向量内积的性质将内积运算转化为代数运算,得到一种快速匹配追踪算法。实验结果表明,基于Dirac基和DCT基构成的完备字典对信号leleccum进行稀疏分解时,与匹配追踪(MP)算法相比,该算法的计算速度提高了大约10倍。     

OFDM系统中基于弱选择ROMP算法的稀疏信道估计

为了解决实际OFDM通信系统中信道稀疏度未知的不足,提出将弱选择正则化正交匹配追踪算法用于估计稀疏信道。算法在不知晓信道稀疏度的情况下,对不同迭代残差与测量矩阵中原子的相关系数进行判定后,根据原子的弱选择准则灵活地确定出表示信道冲激响应的原子候选集,进而利用正则化原则从候选集中挑选出表示信道冲激响应的最优原子组,逐步实现精确重建。仿真结果和理论分析表明：与正则化正交匹配追踪算法相比,相同条件下改进算法可以获得更低的均方误差和误比特率;另外,算法无需将信道稀疏度作为先验信息,实用性更强。     

基于基扩展模型的改进正则化正交匹配追踪V2X快时变SC-FDMA信道估计

为了进一步提升车联万物(V2X)的通信性能,首先根据信道冲激响应的稀疏性建立了适用于高速移动场景的基扩展模型(BEM);其次,证明了BEM系数具有稀疏性,将信道估计问题转化为稀疏信号重构问题,进而提出基于BEM的改进正则化正交匹配追踪(iROMP)迭代稀疏信道估计算法(简称为BEM-iROMP算法).所提算法通过iRO...     

Sparsity and incoherence in orthogonal matching pursuit

Multidimensional Systems and Signal Processing - Recovery of sparse signals via approximation methods has been extensively studied in recently years. We consider the nonuniform recovery of...     

Integrating flexible tree searches to orthogonal matching pursuit algorithm

The orthogonal matching pursuit (OMP) algorithm employs an overcomplete dictionary in an adaptive nonlinear process for signal decomposition. An efficient tree-search-based OMP algorithm is considered for sparse signal representations, namely the flexible tree-search-based OMP (FTB-OMP). The algorithm makes use of an extended tree-search structure for finding good approximations. It allows a tradeoff between approximation performance and experimental time complexity by providing various design parameters. The efficiency is achieved by reducing the number of children as the depth of nodes increases via the exponentially decaying characteristics of the search algorithm. Further time efficiency is achieved by using a correlation-based pruning in the search tree. Through the use of the design parameters, FTB-OMP offers numerous variations that range from OMP to optimum solution. It is experimentally verified that a good approximation performance can be achieved by the exponentially decaying tree structure of FTB-OMP with much lower time complexity. This is shown for several signals and for the component detection problem. As an application example, the angle-of-arrival estimation problem is considered     

改进的正交匹配追踪语音增强算法

本文根据语音信号在离散余弦变换（discrete cosine transform,DCT）域上的近似稀疏性,将压缩感知（compressed sensing,CS）应用于语音增强。提出了一种基于压缩感知的语音增强新算法。算法采用对语音信号具有一定鲁棒性的行阶梯矩阵,对含噪语音进行压缩观测,通过改进的正交匹配追踪OMP（orthogonal matching pursuit,OMP）算法重构语音信号,最后用低通滤波器对重构语音进行平滑滤波,实现语音增强。实验结果表明:本文所提语音增强算法在提高输出信噪比的同时,减少了重构时间,具有较强的鲁棒性。      

一种改进的用于稀疏表示的正交匹配追踪算法

稀疏表示理论在军事目标识别、雷达目标参数估计等领域应用越来越广,而目标信号的稀疏表示通常不唯一,因此产生了大量的稀疏表示算法。本文基于现有稀疏表示算法的研究,提出一种改进的正交匹配追踪(OMP)算法。首先采用非线性下降的阈值更快速地选择原子,确定备选原子集,提高了算法速度;其次用正则化的二次筛选剔除备选原子集中能量较低的原子,保证了算法精确度;并设置迭代停止条件实现算法的稀疏度自适应。实验结果表明,本文算法可以实现稀疏表示求解精确度和速度上的平衡,求解速度比基追踪(BP)算法快,精确度比OMP、正则化OMP(ROMP)、基于自适应OMP回溯(BAOMP)算法高。     

一种基于RAMP算法的OFDM稀疏信道估计方法

针对OFDM稀疏信道估计需要信道稀疏度作先验条件的不足,将正则化自适应匹配追踪（RAMP ） 用于信道重建,可在信道稀疏度未知的情况下,自适应地调整候选集原子的个数,并利用正 则化过程实现支撑集的二次筛选,逐步扩大支撑集,准确地估计出信道的冲激响应。仿真结 果表明,该方法收敛速度快,估计效果好,有较好的应用价值。     

一种基于正交匹配追踪的压缩感知信号检测算法

针对当前压缩感知信号检测算法没有充分利用稀疏系数幅值信息的不足,提出了一种新的检测算法。从正交匹配追踪算法切入,通过深入分析归一化残差的变化信息,提出归一化余差概念,建立了一种基于归一化残差和归一化余差二维判决的信号检测算法。仿真结果表明,算法的有效检测阈值区间随着信噪比的降低而不断减小,且在信噪比为-8 dB、压缩比为0.25时,该算法的检测概率仍能满足要求,具备较好的适应性。     

基于模糊阈值的回溯分段弱正交匹配追踪算法

为提高分段弱正交匹配追踪(Stagewise Weak Orthogonal Matching Pursuit,SWOMP)算法的重构质量,改进SWOMP算法的重构性能,提出一种基于模糊阈值的回溯分段弱正交匹配追踪(Backtracking Stagewise Weak Orthogonal Matching Pursuit Al-gorithm based on Fuzzy Threshold,FTB-SWOMP)算法.该算法首先通过采用SWOMP算法初始化选取一些大于门限的原子,在每次迭代过程中引入回溯,采用基于模糊阈值的回溯方式删掉个别错误原子,实现自适应的选取原子来更新支撑集,每次迭代的过程不断更新扩大支撑集,逐步逼近信号的稀疏度.实验结果表明,相同实验条件下,新算法能够以高概率恢复原始一维信号,且重构误差小;对于在二维图像上的应用,新算法仍保证重构时间短的优势,并比原算法具有更好的重构精度.