Page 41 - 应用声学2019年第4期
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第 38 卷 第 4 期                                                                       Vol. 38, No. 4
             2019 年 7 月                          Journal of Applied Acoustics                      July, 2019

             ⋄ 李启虎院士八十华诞学术论文 ⋄



                     基于混合范数约束的非均匀稀疏水声信道


                                                   估计方法             ∗




                                张永霖     1,2  王海斌      1†   台玉朋     1   汪 俊    1   陈 曦     1



                                    (1  中国科学院声学研究所      声场声信息国家重点实验室         北京  100190)
                                                (2  中国科学院大学     北京   100049)
                摘要 水声信道具有明显的簇状稀疏特性，即稀疏的信道冲激响应大部分为零或接近零的小值系数，而非零
                值系数是以簇的形式非均匀分布于时延域。为此该文提出了一种基于非均匀混合范数约束仿射投影算法的水
                声信道估计方法。该方法首先根据信道簇状结构对其进行非均匀分组，基于此将 l 21 范数约束规则加入仿射
                投影算法中，具体方法为对簇状部分施加 l 2 范数约束，有效提高系数间的相关性，而簇状结构与其他零值抽
                头之间利用 l 1 范数约束实现了整体的稀疏特性。数值仿真以及深海远程水声通信试验数据处理结果表明了
                该文所提出的水声信道估计算法相较现有稀疏信道估计方法能够实现更快的收敛速度以及更高精度的信道
                估计结果。
                关键词     簇稀疏信道，非均匀分组，l 21 混合范数约束，IPAPA 算法
                中图法分类号: TN929.3           文献标识码: A          文章编号: 1000-310X(2019)04-0501-08
                DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2019.04.005

               Hybrid norm constraint based non-uniform sparse estimation for underwater

                                                   acoustic channels


                        ZHANG Yonglin  1,2  WANG Haibin  1  TAI Yupeng 1  WANG Jun   1  CHEN Xi  1

                  (1 State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
                                   (2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

                 Abstract  The underwater acoustic channels (UAC) have cluster-sparse characteristics in nature, that is, the
                 sparse channel impulse response is mostly zero or near-zero taps, while only a few none-zero ones are unevenly
                 distributed in the time domain in the form of clusters. In this paper, anon-uniform hybrid norm constraint
                 based improved proportionate affine projection algorithm (IPAPA) is proposed for underwater acoustic channel
                 estimation. Firstly, the channel partitions are initialized according to the UAC cluster structure. Then the
                 mixed l 21-norm is added on the IPAPA to promote the cluster-sparsity of the UAC: it improves correlation
                 among coefficients inside each cluster via the l 2 norm and uses the l 1 norm to realize the overall sparsity.
                 Numerical simulation results and the data processing results of long range deep-water acoustic communication
                 experiment show that the proposed UAC estimation algorithm can achieve a better performance in terms of
                 convergence speed and estimation accuracy compared to existing sparse channel estimation methods.
                 Key words Cluster-sparse channel, Non-uniform partition, Mixed l 21-norm constraint, IPAPA


             2019-05-10 收稿; 2019-06-10 定稿
             中国科学院前沿科学重点研究项目 (QYZDY-SSW-SLH005), 国家自然科学基金项目 (11434012, 11874061)
             ∗
             作者简介: 张永霖 (1994- ), 男, 山东济南人, 博士研究生, 研究方向: 水声信号处理。
              通讯作者 E-mail: whb@mail.ioa.ac.cn
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