期刊,信号处理 2024年卷7期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

信号处理

主　　编：谢维信

出版周期：月刊

国际刊号：1003-0530

电　　话：010-64010656;64034443-3004

邮政编码：100009

地　　址：北京鼓楼西大街41号

信号处理/Journal Signal ProcessingCSCD北大核心CSTPCD

正式出版

收录年代

轻量化人体和手部网格重建

安平刘熠尧周敏黄新彭...

1185-1196页

查看更多>>摘要：三维人体网格重建在影视、虚拟现实等下游任务中有广泛应用.然而现有重建方式关注更好的重建精度和纹理表达,也因此更依赖高性能的计算或采集设备,缺乏对低成本、轻量化重建方式的研究.为降低人体重建任务的使用成本和硬件要求,本文提出了一种轻量化的人体和手部网格重建方式,基于参数化模型对身体和手部重建任务进行解耦,针对身体和手部的不同特点分别设计了不同分支网络.身体重建分支和手部重建分支均为编码器-解码器结构.身体重建分支编码器为双阶段编码器,第一阶段通过Litehrnet和Canny算子获得热点图和边缘图,并对图片进行代理表示,第二阶段通过Shufflenet提取全局特征,解码器通过级联低维度多层感知器以概率分布的方式对人体参数进行回归;手部重建分支的编码器以Litehrnet为主干网络获取多分辨率特征分支,通过姿态池化对多分辨率特征分支进行融合得到全局特征,解码器通过深度可分离卷积网络获得手部顶点,并通过MLP对形状进行估计,利用顶点坐标基于逆向拓扑数学求解得到关节旋转参数.与现有方法相比,参数量和计算量显著减少,整体参数量为6.12M,计算量为433M,且具有较好的重建效果,在Human3.6M数据集中平均关节点误差(MPJPE)为86.7 mm,手部重建分支在FreiHand数据集上对齐后平均关节点误差(PA-MPJPE)为10.8 mm.此外该方法完成了在移动设备的推理,在骁龙8Gen3处理器推理速度为79.7 ms(12.5 fps),可以达到实时推理的效果.

关键词：

人体重建轻量化网络SMPL+H模型MANO模型

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神经网络辅助估计先验语音存在概率的多通道降噪方法

雷菁王劲夫杨飞然杨军...

1197-1207页

查看更多>>摘要：噪声功率谱密度矩阵的估计在波束形成中非常关键.基于多通道语音存在概率(Multichannel Speech Presence Probability,MCSPP)估计噪声功率谱密度矩阵的方法,利用语音存在概率逐帧更新噪声功率谱密度矩阵.因此,语音存在概率的精度直接影响到噪声功率谱密度矩阵的估计精度.传统方法估计语音存在概率时依赖于噪声平稳假设.在变化较快的非平稳噪声上,估计的语音存在概率存在拖尾现象,这会导致降噪效果变差.本文从理论上解释了传统方法估计语音存在概率的拖尾现象成因.传统方法中语音存在概率由长期信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)线性映射得到,而本文证明当语音存在时当前时刻的长期信噪比仅为上一时刻长期信噪比的小幅衰减.当噪声快速变化时,长期信噪比变化缓慢,这导致语音存在概率出现拖尾现象.为解决该问题,本文提出了一种神经网络辅助估计先验语音存在概率的多通道降噪方法.所提方法利用时域卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)来估计单通道观测信号的先验语音存在概率,而后利用多通道观测信号的空间信息来改善先验语音存在概率的估计.时域卷积网络估计先验语音存在概率不依赖于噪声的平稳假设,提升了噪声功率谱密度矩阵估计的精度.本文在CHiME-3数据集上进行测试,当SNR为5 dB时,所提方法取得的PESQ相比传统方法提升了0.09,fwSegSNR提升了0.78,COVL提升了0.08.结果表明,所提方法在非平稳噪声情况下能取得更好的降噪效果.

关键词：

多通道降噪神经网络语音存在概率

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基于扩张卷积和Transformer的视听融合语音分离方法

刘宏清谢奇洲赵宇周翊...

1208-1217页

查看更多>>摘要：为了提高语音分离的效果,除了利用混合的语音信号,还可以借助视觉信号作为辅助信息.这种融合了视觉与音频信号的多模态建模方式,已被证实可以有效地提高语音分离的性能,为语音分离任务提供了新的可能性.为了更好地捕捉视觉与音频特征中的长期依赖关系,并强化网络对输入上下文信息的理解,本文提出了一种基于一维扩张卷积与Transformer的时域视听融合语音分离模型.将基于频域的传统视听融合语音分离方法应用到时域中,避免了时频变换带来的信息损失和相位重构问题.所提网络架构包含四个模块:一个视觉特征提取网络,用于从视频帧中提取唇部嵌入特征;一个音频编码器,用于将混合语音转换为特征表示;一个多模态分离网络,主要由音频子网络、视频子网络,以及Transformer网络组成,用于利用视觉和音频特征进行语音分离;以及一个音频解码器,用于将分离后的特征还原为干净的语音.本文使用LRS2数据集生成的包含两个说话者混合语音的数据集.实验结果表明,所提出的网络在尺度不变信噪比改进(Scale-Invariant Signal-to-Noise Ratio Improvement,SI-SNRi)与信号失真比改进(Signal-to-Distortion Ratio Improvement,SDRi)这两种指标上分别达到14.0 dB与14.3 dB,较纯音频分离模型和普适的视听融合分离模型有明显的性能提升.

关键词：

语音分离视听融合多头自注意力机制扩张卷积

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基于OCDM的通信感知一体化信号PAPR抑制方法

夏笑天宁强姚如贵樊晔...

1218-1226页

查看更多>>摘要：5G技术的不断发展和普及,使得无线设备对频谱资源的需求越来越大,频谱资源紧张的问题日益突出.为了提高频谱利用率,有效解决频谱资源紧张的问题,通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)技术应运而生.在ISAC系统中,通信模块和感知模块共用同一波形和硬件平台,从而提高了频谱和设备利用率.其中,基于正交线性调频分频复用(Orthogonal Chirp-Division Multiplexing,OCDM)的ISAC系统对多普勒频移的抗干扰性能更好,性能优于传统系统.但是OCDM信号的平均峰值功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)较高,这是由于其需要利用离散菲涅尔逆变换(Inverse Discrete Fresnel Transform,IDFnT)进行从chirp域到时域的转换造成的,过高的PAPR容易造成非线性失真,从而对ISAC系统的表现造成影响.针对上述问题,提出了一种基于chirp保留方法的OCDM通感一体化信号PAPR抑制方法,通过将OCDM信号的全部chirp分为两部分,一部分用来传输降低总体PAPR的信号,另一部分则正常传输通信数据,分别称为优化子载波和通信子载波.将一体化信号的PAPR与其非周期自相关函数建立联系,并利用Gerchberge-Saxton算法对优化子载波上的所得信号进行优化,以降低信号整体的PAPR,同时所有子载波均用于雷达信号处理以保证感知性能.仿真结果表明,分别利用10%、25%的子载波用于优化信号PAPR,且互补累积分布函数值为10-2时,可以使一体化信号的PAPR分别降低2 dB、3 dB左右.

关键词：

通信感知一体化正交线性调频分频复用峰值平均功率比

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基于FBMC-chirp的低截获探通一体化信号设计

陈军贺晓波汪飞王杰...

1227-1238页

查看更多>>摘要：面对快速发展的先进无源侦察技术,一体化信号除需具备较优的雷达探测和无线通信能力,还需满足抗截获和防窃听的需求,以提高一体化系统的生存能力和作战性能.多载波探通一体化信号的低截获设计已成为目前一体化信号研究的重要问题.针对传统低截获多载波探通一体化信号雷达分辨性能受限且未能同时兼顾通信有效性和可靠性要求的问题,本文在子载波复用的一体化多维信号框架下,研究了一种雷达和通信性能最小损失的低截获多载波探通一体化信号设计方法.首先,从提升时频资源利用率的角度,设计了一种基于滤波器组多载波技术的通信频谱分块功率优化和雷达梳状谱等功率优化的低截获多载波探通一体化信号时频结构.该结构通过分块的方式降低了通信信号的峰均比,提升了通信信号的低截获性能.然后在此基础上,以雷达互信息和通信信道容量为约束条件,以最小化信号总功率为优化目标,建立了雷达子载波功率和通信分块子载波功率联合优化模型.本文将该优化模型转化成一个凸二次规划问题,并采用信赖域方法对该优化问题进行求解.实验结果表明,本文所设计的低截获多载波探通一体化信号不仅具有较优的雷达探测和分辨性能,以及较好的无线通信性能,而且具有较优的低截获性能.

关键词：

低截获概率雷达通信一体化信道容量互信息模糊函数

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OTFS雷达通信一体化复用波形设计

赵珊珊杜鸿飞刘子威庾金涛...

1239-1248页

查看更多>>摘要：随着无线通信技术的发展,雷达和通信频段逐渐相互重叠,使得雷达通信一体化成为了缓解频谱资源紧张的最好的实现方法之一.作为雷达通信一体化的主要载体之一,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的波形设计方法可分为两大类,一类是复用波形设计,另一类是共用波形设计.由于共用波形设计需要考虑雷达和通信性能之间的折中,且在雷达信号处理过程和通信接收端需要设计专门的处理流程,因此在频谱资源较为充足时,基于OFDM的复用波形设计比起共用设计优势更明显.由于OFDM对多普勒的敏感性高,基于OFDM的复用波形设计不适用于高速运动场景.针对这一问题,本文提出了一种基于正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)的雷达通信一体化复用波形设计.这种设计利用OTFS多普勒容忍性高的特点,可实现高速运动场景下的雷达通信一体化.鉴于OTFS的时延-多普勒域和雷达的快时间慢时间概念相似,本文采用多普勒复用的方法实现了一体化复用信号设计,并提出了该波形下的通信和雷达接收端的处理流程.通信接收端通过OTFS解调可实现高速通信,雷达接收端无须进行波形分离,可直接利用常规雷达信号处理流程完成目标信息的估计.本文通过仿真验证了所提一体化复用波形的可行性,同时通过仿真验证了所提波形在高速运动场景上,相比于OFDM体制复用波形在雷达目标参数估计和通信误码率上的优势.

关键词：

雷达通信一体化正交时频空多普勒复用

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一种机载分布式MIMO雷达节点位置与路径分步优化管控方法

王楚涵李小龙望明星陈哲...

1249-1265页

查看更多>>摘要：机载分布式多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达系统是基于机载分布式平台,采用多个雷达节点同时发射、同时接收信号的方式,协同处理多雷达回波以提升信噪比,进而提高雷达系统对目标区域的监视性能.系统资源管控能够显著提升节点位置、飞行路径等资源的利用率,增强探测目标能力,是机载分布式MIMO雷达系统的关键技术之一.本文研究了一种机载分布式MIMO雷达节点位置与路径分步优化管控方法.首先,根据雷达系统的探测需求、运动学约束、雷达节点位置等因素,建立了机载分布式MIMO雷达节点位置与路径优化模型.其次,利用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对机载分布式MIMO雷达节点位置进行优化求解得到各雷达节点最佳布站位置.随后,考虑机载分布式多节点不同路径匹配准则,包括航迹总和最短、最长航迹最短以及航迹残差最小准则,建立了多机协同逐帧路径优化模型,通过遗传算法(Genetic Algorithms,GA)进行逐帧求解,得到不同节点的优化飞行路径.仿真结果表明,相比常规布站方法,所提布站优化方法具有更好的区域监视性能;相比于直线飞行方案,所提路径优化方法所得飞行方案在逐帧区域监视性能上更优.

关键词：

多输入多输出雷达优化管控粒子群算法遗传算法

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基于稀疏线阵协方差矩阵重构的DOA估计方法研究

徐文成李秀坤于歌

1266-1273页

查看更多>>摘要：相比均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA),相同阵元数目下稀疏线阵(Sparse Linear Array,SLA)的抗耦合效应更好,阵列孔径更大,到达方向(Direction of Arrival,DOA)估计的自由度(Degrees Of Freedom,DOF)更高,因而近年来得到了广泛的研究.为了可以进行高DOF的DOA估计,学者们开始研究SLA的差分虚拟阵元,差分虚拟阵元对应的协方差矩阵相比原阵元对应的协方差矩阵维度更大,因而估计的DOF更高.当SLA的差分虚拟阵元连续取值时,可以利用已有阵元的接收信息,得到SLA的协方差矩阵,在该矩阵的基础之上构建差分虚拟阵元的协方差矩阵进而进行DOA估计.然而,当SLA的差分虚拟阵元存在孔洞时,即差分虚拟阵元不能连续取值时,不能直接利用重构的协方差矩阵进行DOA估计,需要恢复完全增广协方差矩阵的信息再进行DOA估计.对于该问题,本文基于矢量化后原协方差矩阵和虚拟差分阵协方差矩阵的误差分布情况,并结合完全增广协方差矩阵的低秩特性和半正定特性来构建优化问题.通过求解该问题来恢复维度更高的完全增广协方差矩阵.最后对该矩阵进行奇异值分解,利用多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法就可以获得多源的空间谱.本文最后通过数值仿真试验验证了所提算法可以实现高DOF的DOA估计,并且相比于现有算法,本文所提算法对欠定DOA估计的效果更好,多源DOA估计的精度更高,产生的误差更小.

关键词：

DOA估计稀疏线阵协方差矩阵低秩矩阵重构

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轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法

徐震霆房志博张春杰冯晔...

1274-1286页

查看更多>>摘要：高轨卫星定轨一般使用基于地基的无线电、激光测量等方式,该方式通常存在测量时效性差、测量站点全球布站困难等问题.随着航天任务的逐步增多,卫星自主定轨重要性正在逐渐凸显,若卫星使用全球卫星导航系统(GNSS)进行定轨,将为其在轨自主运行提供便利.然而,高轨卫星搭载的GNSS接收机需要接收来自地球对侧的导航卫星信号,导致用户接收的信号强度极低,可用卫星数量少,且几何构型较差.本文针对高轨GNSS用户接收信号易被污染,使观测量出现粗差,导致定位解算结果缺乏鲁棒性的问题,提出了一种轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法.该算法基于传统GNSS与轨道外推器(OP)组合定位算法,针对高轨用户观测量的粗差进行抗差设计,提出了基于轨道外推器的预测结果对抗差定位算法中残差矢量和残差进行标准化的方法.本文对上述算法进行了仿真验证,在未添加粗差、GNSS信号仅受热噪声影响的条件下,传统GNSS/OP联合定位算法和轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法的定位精度分别为42.91 m和42.14 m;对观测量添加300 m粗差时,传统GNSS/OP组合定位算法定位精度为69.55 m,而轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法定位精度则为41.92 m.仿真结果表明,在对观测量添加不同粗差的情况下,添加粗差越大,轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法剔除粗差的效果越强,当添加300 m粗差时,轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法得到的定位精度与未添加粗差时基本相同,带有粗差的观测量被剔除,定位精度相比于传统GNSS/OP算法提升明显.因此,当部分观测量出现粗差时,轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法能够剔除带有粗差的观测量,提升定位精度.

关键词：

卫星导航空间服务域轨道外推器抗差算法

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多分量LFM干扰及动态环境下DBOC信号的捕获

张天骐唐娟谭霜沈夕文...

1287-1297页

查看更多>>摘要：针对双二进制偏移载波(double binary offset carrier,DBOC)信号在多分量线性调频(linear frequency modulation,LFM)干扰和动态环境下捕获算法缺乏的问题,提出布莱克曼窗预处理结合分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的干扰抑制算法以及离散多项式相位变换(discrete polynomial-phase transform,DPT)、部分匹配滤波器(partial matching filter,PMF)结合快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)加频谱校正的捕获算法.该算法首先对接收信号做布莱克曼窗预处理,抑制干扰谱线输出旁瓣,提高干扰汇聚的精确性;然后利用分级算法快速搜索信号的最优阶数,在保证精度量级的条件下减少了运算量;最后,在对应的最优阶数下做FRFT,结合干扰判断和轮询算法,逐个完成多分量LFM干扰的抑制.对干扰抑制后的信号首先利用定阶算法确定其动态阶数;然后通过DPT对动态信号做降阶处理,去除动态项;最后利用PMF-FFT加频谱校正完成DBOC信号的捕获.仿真结果表明,所提算法能够准确并完全地对三个LFM干扰分量进行逐个抑制,且抑制后的干扰分量不会对其他干扰分量的抑制造成影响.在检测概率达到1时,经过布莱克曼窗预处理后算法的信噪比比经过汉明窗预处理和经过凯塞窗预处理后算法的信噪比分别提升了4 dB和6.4 dB,比未经过预处理算法的信噪比提升了7.2 dB.此外,使用频谱校正可以突出捕获峰值,提高捕获精度.与未经频谱校正算法相比,经过频谱校正后算法的信噪比提升了1.6 dB,且能减少一定的捕获时间.

关键词：

多分量线性调频干扰预处理分数阶傅里叶变换离散多项式相位变换频谱校正

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