This paper considers efficient sampling of simultaneously sparse and correlated (S$\&$C) signals. Such signals arise in various applications in array processing. We propose an implementable sampling architecture for the acquisition of S$\&$C at a sub-Nyquist rate. We prove a sampling theorem showing exact and stable reconstruction of the acquired signals even when the sampling rate is smaller than the Nyquist rate by orders of magnitude. Quantitatively, our results state that an ensemble $M$ signals, composed of a-priori unknown latent $R$ signals, each bandlimited to $W/2$ but only $S$-sparse in the Fourier domain, can be reconstructed exactly from compressive sampling only at a rate $RS\log^{\alpha} W$ samples per second. When $R \ll M$, and $S\ll W$, this amounts to a significant reduction in sampling rate compared to the Nyquist rate of $MW$ samples per second. This is the first result that presents an implementable sampling architecture, and a sampling theorem for the compressive acquisition of S$\&$C signals. The signal reconstruction from sub-Nyquist rate boils down to a sparse and low-rank (S$\&$L) matrix recovery from a few linear measurements. The conventional convex penalties for S$\&$L matrices are provably not optimal in the number of measurements. We resort to a two-step algorithm to recover S$\&$L matrix from a near-optimal number of measurements. This result then translates into a signal reconstruction algorithm from a sub-Nyquist sampling rate.


翻译:本文考虑的是同时稀有且相关(S$ $C)信号的高效抽样。这种信号出现在阵列处理的各种应用中。我们提出一个可执行的抽样结构,用于以亚新速率购买S$C的可执行的抽样结构。我们证明,一个抽样理论显示所获得信号的准确和稳定的重建,即使取样率按数量级比Nyquist比率小于Nyquist比率。从数量上看,我们的结果表明,一个混合的M美元信号,由最先未知的潜潜值R美元信号组成,每个波段以W/2美元为限,但在Fourier地区,每个波段仅以美元为零,而只有S$C的可执行的采样结构。我们证明,只有以每秒的速率以RS\log ⁇ alpha+W美元样本的速度采集。当采样率比Nyquist比率低,这相当于比Nyquist每秒美元样本的Nyquist比率大幅降低。这是第一个显示可执行的采样结构,而从Freier域域域域域域的精选方法,从S-ral-ral rage rage rage rage ration rupal rupal rupal ration ration rolal ral res real res res real res ropal res res res requist res res res res res res res res remobormessmessmation res res res res res rodu。

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