基于改进OMP算法的毫米波大规模MIMO混合预编码设计

针对全连接单用户毫米波大规模MIMO系统,以最大化系统可达和速率为目标,提出一种基于改进的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法的混合预编码方案。在既有的基于OMP算法的混合预编码基础上,首先,针对其迭代次数过多的问题,受多步长思想的启发,从阵列响应集合中选取与射频链路数目相等的最优的前多列矢量,从而求得模拟预编码矩阵;其次,针对其求逆运算复杂度高的问题,利用H9lder不等式及Schatten范数来逼近待优化的目标函数,从而求得最优的数字预编码矩阵。仿真结果表明,所提基于改进的OMP算法的混合预编码方案有效降低了运算复杂度,且在数据流数目与射频链数目相差较小时,其系统性能更优。

A modified OMP method for multi-orbit three dimensional ISAR imaging of the space target

The conventional two dimensional(2D)inverse synthetic aperture radar(ISAR)imaging fails to provide the targets'three dimensional(3D)information.In this paper,a 3D ISAR imaging method for the space target is proposed based on mutliorbit observation data and an improved orthogonal matching pursuit(OMP)algorithm.Firstly,the 3D scattered field data is converted into a set of 2D matrix by stacking slices of the 3D data along the elevation direction dimension.Then,an improved OMP algorithm is applied to recover the space target's amplitude information via the 2D matrix data.Finally,scattering centers can be reconstructed with specific three dimensional locations.Numerical simulations are provided to demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed 3D imaging method.

基于OMP算法的宽带频谱感知

频谱感知是认知无线电的一项关键技术,其能够检测出未被主用户占用的频谱空穴供次用户接入使用,提高频谱利用率。宽带频谱感知要求对数GHz的带宽进行检测,过高的采样速率、大的数据量对现有的硬件设备提出了巨大的挑战。本文利用宽带频谱的稀疏性提出一种基于OMP算法的宽带频谱感知方法。该方法利用MWC采样实现对宽带模拟信号直接压缩采样;利用自相关矩阵对称分解特性和主用户信号独立性,得到有限维压缩采样信号模型,利用AIC/MDL准则估计稀疏度作为OMP算法迭代停止的条件,大大减少了算法复杂度;该方法不需要重构接收信号的PSD,直接在时域根据低速率采样信号,检测被占用信道。仿真结果表明,当带内信噪比大于9dB时,频谱检测概率高于90%。

基于压缩感知OMP的超谐波测量新算法

提出一种压缩感知正交匹配追踪（CS-OMP）超谐波测量新算法,即运用压缩感知理论,通过引入插值系数,基于离散傅里叶变换（DFT）系数向量和狄利克雷核矩阵,构建了高频率分辨率的压缩感知模型,并基于正交匹配追踪算法,在不增加被测数据观测时间前提下,将超谐波测量的频率分辨率提高了一个数量级。数值仿真分析以及两种非线性负荷的实测数据验证的结果表明,该算法可将测得数据频率分辨率由2 k Hz细化为200 Hz,能实现对被测信号中超谐波频率成分的精确定位,也可准确求解出其幅值信息,从而有效地弥补了DFT算法存在的观测时间与频率分辨率互相限制的固有缺陷,在更准确测量超谐波方面展现出良好前景。

K-SVD和OMP算法在超声信号去噪中的应用

针对在线采集时超声波检测信号中存在大量噪声,降低了材料内部缺陷诊断准确性的问题,提出了一种基于广义K+奇异值分解算法(K-SVD)和正交匹配追踪算法(OMP)相结合的超声回波信号去噪算法。该算法利用K-SVD算法将Gabor字典训练成能够最有效反映信号结构特征的超完备字典,然后基于训练完成的超完备字典,用OMP算法把一定数量的字典原子进行线性组合来构成原始信号,从而实现信号的去噪。通过仿真实验将本文方法与传统的小波阈值去噪方法进行了对比研究。实验结果表明,该方法对超声回波信号的去噪效果优于小波阈值去噪方法,且噪声越大对比越明显,不仅可更有效地滤除信号中的高斯白噪声,提高信噪比,且尽可能保留了原始信号有用信息。

基于StOMP稀疏方法的高光谱图像目标检测

稀疏表示方法已经被成功应用于高光谱图像目标检测领域,并且取得了较好的检测效果,但由于高光谱图像往往具有很大的数据量,传统的稀疏检测算法计算成本很高。针对这种情况,提出了应用St OMP算法的高光谱图像稀疏目标检测算法,对求解稀疏系数的步骤进行了改进,减少了此过程中的迭代次数,大幅度降低了运算量,提高了检测速度。使用了2组数据进行仿真实验,结果表明,St OMP算法的应用有效地提高了检测速度与检测精度。

压缩感知A*OMP重构算法的并行化与GPU加速实现

针对压缩感知系统实时应用的需要,探讨了A*OMP算法的并行设计及基于GPU的加速方法.将耗时长的矩阵逆运算转化为可并行的矩阵/向量操作,并结合算法本身的关联特性,进一步采用迭代法实现以降低其计算复杂度.利用GPU高效的并行运算能力,将算法中可并行的矩阵/向量计算映射到GPU上并行执行,在面向Matlab的Jacket软件平台上对整体串行算法进行了并行化的设计与实现.在NVIDIA Tesla K20Xm GPU和Intel(R)E5-2650 CPU上进行了测试,实验结果表明:对比CPU平台的串行实现,基于GPU的A*OMP算法整体上可获得约40倍的加速,实现了在保持系统较高重构质量的同时能有效降低计算时间,较好地满足了系统实时性的需要.

基于OMP算法的极化敏感阵列多参数估计

基于压缩感知的DOA估计方法在小快拍数下性能优越,并且具有天然的解相干能力,但在极化敏感阵列中运用很少。基于极化敏感阵列研究一种改进的OMP算法,能够成功估计出空域和极化域参数。该算法首先将极化敏感阵列信号接收矩阵重新建模,随后采用所提的改进OMP算法得到空域到达角估计结果。然后将求解出来的空域到达角代入到根据模值约束条件构造出来的代价函数中,通过闭合式解得到极化参数估计,从而实现了自动配对的空域和极化域的参数估计。仿真结果表明,该方法无论信号相干与否都能够得到良好的估计结果,并且在非相干情况下,估计性能总体优于极化ESPRIT算法及模值约束MUSIC算法。

基于压缩感知OMP改进算法的图像重构

正交匹配追踪(OMP)算法中迭代次数严格依赖信号的稀疏度K值,迭代次数选取适当会重构出高精确的图像,反之则会对图像重构质量造成严重影响。针对这一问题,提出了一种根据残差值的相对极差来确定最佳迭代次数的新方法。该方法要求在同一次迭代中对一幅图像的所有列同时进行迭代计算,根据极差的相对差值与门限值比较来确定最佳迭代次数,从而达到提高重构精度,消除对稀疏度K值依赖的目的。理论分析和仿真结果表明,改进的OMP算法比原有算法有更理想的重构效果,有更高的重构精度。

星地链路中基于毫米波大规模MIMO的混合预编码算法研究

为了提升星地链路通信系统频谱效率,针对毫米波(millimeter Wave,mmWave)大规模多输入多输出(Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO)系统,在正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法的基础上,提出了一种改进的OMP(Improved-OMP)混合预编码算法。针对星地链路间通信的特定场景,引入了基于扩展的Saleh-Valenzuela(S-V)信道模型;针对OMP算法中求解模拟预编码矩阵时存在迭代次数过多的问题,在结合多步长思想的基础上,从天线阵列响应集合中选取与射频链路(Radio Frequency Chains,RF Chains)相等的前多列作为模拟预编码矩阵;为了克服OMP算法中的伪逆运算复杂度较高的问题,结合矩阵分解和Hölder不等式简化了数字预编码的求解。仿真结果表明,在理想的信道状态信道条件下,当RF Chains的数量和数据流的数量之间的差距较小时,Improved-OMP算法可以获得更优的性能。Improved-OMP方案有效地降低了计算复杂度。

基于张量分解的光谱图像压缩感知重构

光谱成像丰富的空间信息和光谱信息能够为弹道导弹预警探测提供重要的信息支撑,压缩感知则为实现光谱图像数据的高效采集和处理提供了有效途径。针对现有压缩感知重构多采用“空间域压缩采样和谱间传统压缩”的编码方式,仍存在一定资源浪费的问题,提出了一种基于张量分解的光谱图像压缩感知重构方法。该方法利用光谱图像数据的三维空间稀疏性,建立基于三阶张量Tucker分解的光谱图像重构模型,基于正交匹配算法设计相应的模型求解方法;将传统正交匹配算法推广到三维空间,设计一种以三阶张量为字典原子的正交匹配追踪算法,在三维空间实现光谱图像数据的压缩采样及解码重构。实验分析结果表明,该方法能够充分利用光谱图像三维数据块结构信息,有效降低重构算法复杂度,增强压缩感知重构算法性能。

基于高原复杂通信场景下的超大规模MIMO混合场信道估计

由于高原地区重山环绕,通信条件较差,会导致通信系统的容量降低,于是通过在基站端部署超大规模的天线阵列,即超大规模多输入输出(Extra-Large Multiple-Input Multiple-Output,XL-MIMO)技术,从而提高通信系统吞吐率。为了能够保证XL-MIMO系统容量,获取准确的信道状态信息至关重要。随着基站天线数的增多,在信道估计过程中会带来较高的导频开销,从而降低通信效率。然而在XL-MIMO系统中,信道具有稀疏的特性,因此文章提出一种基于伍德伯里变换的OMP压缩感知算法来估计信道,从而能够降低导频开销。具体地,传统的OMP算法中有矩阵求逆的操作,然后基于“伍德伯里”变换将矩阵求逆的操作转化成另一种求逆的步骤,通过仿真与传统的OMP算法相比性能上并没有损失,验证了提出来算法的有效性。

基于改进ACFOA的图像一维OMP稀疏分解

针对二维图像稀疏分解运算复杂度高的问题,提出一种基于改进自适应混沌果蝇优化算法的图像一维正交匹配追踪OMP(Orthogonal Matching Pursuit)稀疏分解方法。算法首先将图像从二维空间转换到一维空间,然后对自适应混沌果蝇优化算法ACFOA(Adaptive Chaos Fruit Fly Optimisation Algorithm)的味道浓度判定值和混沌映射函数进行了改进,提高了算法的全局寻优性能,最后将改进后的ACFOA算法应用到图像一维OMP分解之中。实验结果表明,在相同实验条件下,图像一维OMP稀疏分解的速度是二维分解的1.12倍。

基于DSP的OMP算法实现及音频信号处理

在DSP平台上实现了压缩感知理论中的正交匹配追踪算法,证明了其可行性。针对音频信号的特点,提出了一种实现方案,使重构信号具有更为良好的主观效果。率先在DSP平台上实现了OMP算法,并将其在音频领域进行了应用,为音频压缩处理提供了新的技术方向。

基于OMP算法的风轮机杂波滤除研究

针对雷达在探测目标过程中风电场杂波的抑制问题,提出了一种基于正交匹配追踪(OMP)的杂波抑制算法。首先,建立风轮机的回波模型,分析了回波时频域特征;然后,推导了多径回波模型下的风轮机回波,介绍了风电场回波的特点;最后,给出了OMP算法的理论基础和实现步骤。该算法中,通过建立一个回波字典矩阵,寻找矩阵中最匹配原子,从目标信号中减去最匹配原子,并通过循环操作滤除杂波。实验结果表明:该方法能够有效滤除风轮机杂波。

基于改进OMP算法的喷涂机器人轨迹规划研究

为实现CAD模型未知情况下的喷涂机器人自动轨迹规划,提出了一种基于工件三维点云直接生成喷涂轨迹的方法,并使用改进的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法进行轨迹优化。首先,将理想涂层厚度函数视作原始信号,通过引入信赖域反射算法解决了投影系数的约束问题,应用OMP算法进行涂层厚度重建,并求出每条喷涂轨迹的位置和喷枪速率。然后,对预处理后的点云模型应用轨迹生成算法得到工件表面的喷涂轨迹,通过坐标变换和姿态解算生成机器人喷涂轨迹。最后,对扫描获取的待喷涂曲面使用上述方法进行仿真。仿真结果显示,重建涂层厚度误差为4.28%,满足均匀性要求,喷涂时间显著缩短,表明所提出的轨迹规划和优化方法是可行的。

压缩感知OMP算法下信号重建方法研究

该文给出了一种OMP算法的改进方法,然后研究在噪声影响下的OMP算法的稀疏重建问题,得到稀疏重建的关于信噪比参数的条件.最后,利用数值模拟验证上述结论.

基于OMP算法的舞动监测系统

针对现有架空输电线路舞动监测方法监测单元数量过多、系统复杂的问题,为了简化监测单元结构及数量,减小测试系统对线路力学特性的影响,根据OMP算法设计了一种舞动监测系统,构造了相应的稀疏基和观测矩阵,并运用Matlab在不同观测点数条件下进行仿真实验,仿真结果表明:在观测点数较少的情况下,算法仍能重建出舞动信号,实现对线路舞动的监测.并同时完成了相应硬件和软件的设计.

基于EEMD和改进OMP算法的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征难以识别的问题,提出了一种基于EEMD和改进OMP算法的滚动轴承故障诊断新方法。该方法首先对故障信号进行EEMD分解得到一系列IMF分量,根据相关峭度准则选取IMF分量进行重构;然后在稀疏分解阶段对信号截断分块构造矩阵,利用KSVD自学习训练方法得到包含冲击成分的冗余字典,再用基于信号分块思想的OMP算法进行字典原子的选取和稀疏系数的求解,以重构信号包络谱峭度最大为迭代终止条件,自适应确定迭代次数;最后对重构信号进行频谱分析,获取轴承故障特征。通过实验台故障轴承外圈和内圈试验数据的检验,验证了本方法的有效性和可行性。

窄带无源雷达OMP三维成像算法

对基于民用窄带信号的无源雷达三维成像方法进行了研究。设计了一种目标先后绕Y轴和Z轴转动的分时转动成像模型,在此模型下目标相对于成像系统在三个维度上均有运动,使系统具有三维成像能力。由于该三维运动的复杂性,采用了时域算法进行了三维成像处理。时域算法存在旁瓣高且分辨率低等问题导致系统分辨性能不佳,因此在时域算法基础上开展了正交匹配追踪(OMP)成像算法研究。仿真实验验证了两种算法的正确性,表明OMP算法的成像效果优于时域成像算法,能够在小转动角情况下成像,并且在回波信号信噪比1dB情况下也能取得较好成像效果。