Эффективность обнаружения сигнала с неизвестным неэнергетическим параметром с использованием алгоритмов на основе теории Compressive Sensing

Автор(и)

  • Дмитрий Юрьевич Голованов Воронежский государственный университет, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0002-2070-9944
  • Владимир Иванович Парфенов Воронежский государственный университет, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-9815-5657

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347018080046

Ключові слова:

алгоритм обнаружения, отношение правдоподобия, достаточная статистика, неэнергетический параметр, разреженный сигнал, полная вероятность ошибки, критерий идеального наблюдателя, отношение сигнал/шум, корреляционная функция

Анотація

В работе рассмотрена задача обнаружения квазидетерминированных сигналов на фоне шума при цифровой обработке. При этом в качестве критерия синтеза подобных алгоритмов использован критерий минимума затрачиваемых арифметических операций при заданной эффективности обнаружения. С этой целью подобные алгоритмы синтезированы на основе принципов теории Compressive Sensing. С целью проверки эффективности разработанных алгоритмов проведено их компьютерное моделирование, в результате которого определено, каким образом полная вероятность ошибки обнаружения зависит от отношения сигнал/шум и степени сжатия (отношение числа элементов в векторах достаточной статистики до и после  «сжатия»). Определены потери в эффективности обнаружения предложенных алгоритмов по сравнению с классическим, оптимальным в соответствии с методом максимального правдоподобия, при различных значениях отношения сигнал/шум и степени сжатия. Одновременно, указан выигрыш в количестве используемых арифметических операций предложенных алгоритмов по сравнению с классическим. Приведены результаты, позволяющие сделать обоснованный выбор алгоритма обнаружения в зависимости от имеющихся аппаратных возможностей и допустимого ухудшения эффективности обнаружения.

Біографія автора

Владимир Иванович Парфенов, Воронежский государственный университет

Кафедра радиофизики, профессор

Посилання

Хелстром, К. Статистическая теория обнаружения сигналов. Пер. с англ. Г. Ю. Кобзаревой, под ред. Ю. Б. Кобзарева. М.: Иностранная литература, 1963. 432 с.

Ван Трис, Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т. 1. Пер. с англ. под ред. В. И. Тихонова. М.: Сов. радио. 1972. 744 с.

Акимов, П. С.; и др. Теория обнаружения сигналов. Под ред. П. А. Бакута. М.: Радио и связь, 1984. 440 с.

Шахтарин, Б. И. Обнаружение сигналов: учебное пособие для вузов. 3-е изд., испр. М.: Горячая линия-Телеком, 2015. 464 с.

Вишневский, В. М.; и др. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005. 592 с.

Candes, E. J.; Wakin, M. B. “An introduction to compressive sampling,” IEEE Signal Processing Mag., Vol. 25, No. 2, P. 21-30, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/MSP.2007.914731.

Donoho, D. L. “Compressed sensing,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 52, No. 4, P. 1289-1306, 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2006.871582.

Eldar, Y. C.; Kutyniok, G. Compressed Sensing: Theory and Applications. Cambridge University Press, 2012. 555 p.

Foucart, S.; Rauhut, H. A Mathematical Introduction to Compressive Sensing. Springer, 2013. 625 p. DOI: http://doi.org/10.1007/978-0-8176-4948-7.

Парфенов, В. И.; Голованов, Д. Ю. “Определение незанятых частотных поддиапазонов по сжатым измерениям,” Инфокоммуникационные технологии, Т. 13, № 3, С. 305-312, 2015. DOI: https://doi.org/10.18469/ikt.2015.13.3.11.

Парфенов, В. И.; Голованов, Д. Ю. “Принципы построения и анализ эффективности функционирования беспроводных сенсорных сетей на основе теории Compressive Sensing,” Цифровая обработка сигналов, № 2, С. 14-19, 2016.

Парфенов, В. И.; Голованов, Д. Ю. “Обнаружение дискретных разреженных сигналов с частотой дискретизации, не превышающей частоту Найквиста,” Журнал радиоэлектроники, № 6, 2017. URI: http://jre.cplire.ru/jre/jun17/1/abstract.html.

Draganic, A.; Orovic, I.; Stankovic, S. “On some common compressive sensing recovery algorithms and applications,” Facta universitatis - series: Electronics and Energetics, Vol. 30, No. 4, P. 477-510, 2017. DOI: https://doi.org/10.2298/FUEE1704477D.

Abo-Zahhad, M. M.; Hussein, A. I.; Mohamed, A. M. “Compressive sensing algorithms for signal processing applications: a survey,” Int. J. Commun., Network System Sci., Vol. 8, No. 6, P. 197-216, 2015. DOI: http://doi.org/10.4236/ijcns.2015.86021.

Allen-Zhu, Z.; Gelashvili, R.; Razenshteyn, I. “Restricted isometry property for general p-norms,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 62, No. 10, P. 5839-5854, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2016.2598296.

Стренг, Г. Линейная алгебра и ее применения. Пер. с англ. Ю. А. Кузнецова и Д. М. Фаге, под ред. Г. И. Марчука. М.: Мир, 1980. 456 с.

Tropp, J. A.; Gilbert, A. C. “Signal recovery from random measurements via orthogonal matching pursuit,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 53, No. 12, P. 4655-4666, 2007. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2007.909108.

Cai, T. T.; Wang, L. “Orthogonal matching pursuit for sparse signal recovery with noise,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 57, No. 7, P. 4680-4688, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2011.2146090.

Wang, J.; Shim, B. “Exact recovery of sparse signals using orthogonal matching pursuit: how many iterations do we need?,” IEEE Trans. Signal Processing, Vol. 64, No. 16, P. 4194-4202, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2016.2568162.

Needell, D.; Tropp, J. A. “CoSaMP: Iterative signal recovery from incomplete and inaccurate samples,” Applied and Computational Harmonic Analysis, Vol. 26, No. 3, P. 301-321, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.acha.2008.07.002.

Sturm, B. L.; Christensen, M. G. “Comparison of orthogonal matching pursuit implementations,” Proc. of 20th European Signal Processing Conf., EUSIPCO, 27-31 Aug. 2012, Bucharest, Romania. IEEE, 2012, P. 220-224. URI: https://ieeexplore.ieee.org/document/6333943/.

Berinde, R.; Indyk, P.; Ruzic, M. “Practical near-optimal sparse recovery in the L1 norm,” Proc. of 46th Annual Allerton Conf. on Communication, Control, and Computing, 23-26 Sept. 2008, Urbana-Champaign, IL, USA. IEEE, 2008, P. 198-205. DOI: https://doi.org/10.1109/ALLERTON.2008.4797556.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-08-30

Як цитувати

Голованов, Д. Ю., & Парфенов, В. И. (2018). Эффективность обнаружения сигнала с неизвестным неэнергетическим параметром с использованием алгоритмов на основе теории Compressive Sensing. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 61(8), 464–475. https://doi.org/10.20535/S0021347018080046

Номер

Том 61 № 8 (2018)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.