Recent work in time-frequency analysis proposed to switch the focus from the maxima of the spectrogram toward its zeros. The zeros of signals in white Gaussian noise indeed form a random point pattern with a very stable structure. Using modern spatial statistics tools on the pattern of zeros of a spectrogram has led to component disentanglement and signal detection procedures. The major bottlenecks of this approach are the discretization of the Short-Time Fourier Transform and the necessarily bounded observation window in the time-frequency plane. Both impact the estimation of summary statistics of the zeros, which are then used in standard statistical tests. To circumvent these limitations, we propose a generalized time-frequency representation, which we call the Kravchuk transform. It naturally applies to finite signals, i.e., finite-dimensional vectors. The corresponding phase space, instead of the whole time-frequency plane, is compact, and particularly amenable to spatial statistics. On top of this, the Kravchuk transform has several natural properties for signal processing, among which covariance under the action of SO(3), invertibility and symmetry with respect to complex conjugation. We further show that the point process of the zeros of the Kravchuk transform of discrete white Gaussian noise coincides in law with the zeros of the spherical Gaussian Analytic Function. This implies that the law of the zeros is invariant under isometries of the sphere. Elaborating on this theorem, we develop a procedure for signal detection based on the spatial statistics of the zeros of the Kravchuk spectrogram. The statistical power of this procedure is assessed by intensive numerical simulation, and compares favorably with respect to state-of-the-art zeros-based detection procedures. Furthermore it appears to be particularly robust to both low signal-to-noise ratio and small number of samples.


翻译:用于将焦点从光谱图的峰值转换为零。 白色高斯噪音的信号零确实形成随机点模式, 结构非常稳定。 使用光谱零模式的现代空间统计工具, 导致分解和信号检测程序。 这种方法的主要瓶颈是短时 Fourier 变换的离散, 以及时频平面中必然有约束的观测窗口。 两者都影响对零的简要统计数据的估算, 这些统计随后用于标准统计测试。 为了绕过这些限制, 我们提议一个通用的信号频率代表模式, 我们称之为 Kravchuk 变换。 它自然地适用于有限的信号, 即, 有限矢量的矢量。 相对的阶段空间, 而不是整个时频平面平面, 特别是空间统计。 在此上面, Kravchuk 低频变异性变换了信号处理的自然特性, 其中, 在SO(3)的行动下, 低度变异性更小的度和对时间- 频率变异性, 我们称之为Kravchuk 变异性 变异性, 的数值变异性, 数据法的数值法的数值变化过程正在进一步显示, 直判变。

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