一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，對被測信號x(t)在比較器中與觸發(fā)門限進(jìn)行比較，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并通過控制電路隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列發(fā)生器，這樣采用多次隨機(jī)觸發(fā)采樣替代并行采樣通道的方案，并在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，在頻域，根據(jù)采樣序列值y

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)
本專利技術(shù)屬于具有稀疏頻帶的寬帶信號亞奈奎斯特采樣
，更為具體地講，涉及一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，實現(xiàn)低采樣現(xiàn)對高頻信號的采樣。
技術(shù)介紹
寬帶信號亞奈奎斯特采樣是一種基于隨機(jī)解調(diào)的壓縮(欠)采樣，該采樣方式適用于周期信號和能夠重復(fù)產(chǎn)生的稀疏頻帶寬帶信號，這類信號占用很寬的頻帶范圍，但信號頻譜呈稀疏特性，信號的能量僅集中在少量的子帶上。基于隨機(jī)解調(diào)的壓縮采樣采用具有信號奈奎斯特頻率的偽隨機(jī)序列對被測信號進(jìn)行隨機(jī)解調(diào)，解調(diào)后的信號在整個頻帶上都將攜帶被測信號的頻譜信息，然后通過低通濾波器截取解調(diào)輸出的基帶信號，再以工作在信號亞奈奎斯特頻率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對基帶信號進(jìn)行采樣，這樣能夠有效降低對ADC的工作速率要求，同時還能夠解決ADC輸入帶寬限制的問題。為了能夠通過壓縮感知信號處理算法對信號的頻譜進(jìn)行估計和波形重構(gòu)，采樣值中需要獲取足夠多的被測信號信息。傳統(tǒng)的基于隨機(jī)解調(diào)的壓縮采樣系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，采用M路偽隨機(jī)序列pm(t)，m＝1,2,…,M對被測信號x(t)的頻譜進(jìn)行隨機(jī)解調(diào)(在混頻器1中混頻)，得M路基帶信號然后分別采用相同的低通濾波器LPF2對m路基帶信號進(jìn)行濾波后，送入ADC3采樣，得到的m路采樣信號ym[n]在重構(gòu)模塊4中通過最優(yōu)化算法(重構(gòu)算法)，對被測信號進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)的被測信號序列x*[n]。如圖1所示，傳統(tǒng)的基于隨機(jī)解調(diào)的壓縮采樣系統(tǒng)包括M個采樣通道，每個通道均包括隨機(jī)解調(diào)(混頻器)、低通濾波(低通濾波器)和采樣(ADC)等三個部分，系統(tǒng)利用多個即M個采集通道對被測信號x(t)同時進(jìn)行采樣，系統(tǒng)采集通道的數(shù)量與被測信號中子帶的數(shù)量成正比，系統(tǒng)一旦電路設(shè)計完成以后，子帶數(shù)量就會受到限制，通常系統(tǒng)采集通道的數(shù)量多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)成本高，多個ADC之間實現(xiàn)同步采集困難，通道間存在相位誤差，以此系統(tǒng)獲取的采樣值進(jìn)行重構(gòu)時將導(dǎo)致重構(gòu)信號失真。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決寬帶壓縮采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以硬件電路實現(xiàn)，信號重構(gòu)性能低等問題，本專利技術(shù)了提供一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，以簡化電路結(jié)構(gòu)，降低成本，同時提高信號重構(gòu)性能。為實現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，包括：一偽隨機(jī)序列發(fā)生器，用于產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，并輸入到混頻器中；一混頻器，用于將輸入的被測信號x(t)與來自偽隨機(jī)序列發(fā)生器的第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列pm(t)進(jìn)行混頻，對輸入的被測信號x(t)進(jìn)行隨機(jī)解調(diào)，得到基帶信號一低通濾波器，用于對混頻器輸出的基帶信號進(jìn)行濾波，得到截取的基帶信號ym(t)；一ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，用于在采樣時鐘的控制下，對基帶信號ym(t)進(jìn)行采樣，得到采樣序列值ym[n]，n為采樣點(diǎn)序列號；一重構(gòu)模塊，用于根據(jù)采樣序列值ym[n]，重構(gòu)出被測信號的采樣序列x*[n]；其特征在于，還包括：一比較器，被測信號x(t)同時輸入到比較器中，與觸發(fā)門限進(jìn)行比較，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并輸入到控制電路中；一控制電路，用于根據(jù)觸發(fā)脈沖，產(chǎn)生偽隨機(jī)序列發(fā)生使能信號到偽隨機(jī)序列發(fā)生器，隨機(jī)觸發(fā)偽隨機(jī)序列發(fā)生器，產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，其中第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列用pm(t)表示，其中，1≤m≤M，M為隨機(jī)觸發(fā)采樣次數(shù)；同時，控制電路還計算出觸發(fā)脈沖與其后第一個采樣脈沖的時間間隔Δtm；重構(gòu)模塊根據(jù)采樣序列值ym[n]、時間間隔Δtm以及壓縮測量矩陣Φ，重構(gòu)出被測信號的頻譜向量，最有通過傅立葉反變換得到被測信號的采樣序列x*[n]。本專利技術(shù)的目的是這樣實現(xiàn)的：本專利技術(shù)基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，對被測信號x(t)在比較器中與觸發(fā)門限進(jìn)行比較，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并通過控制電路隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列發(fā)生器，這樣采用多次隨機(jī)觸發(fā)采樣替代并行采樣通道的方案，并在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，在頻域，根據(jù)采樣序列值ym[n]、時間間隔Δtm以及壓縮測量矩陣Φ與被信號的關(guān)系，重構(gòu)出被測信號的頻譜向量，最有通過傅立葉反變換得到被測信號的采樣序列，在不影響系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，降低了壓縮采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，便于電路實現(xiàn)，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對被測信號壓縮采樣與重構(gòu)性能好的特點(diǎn)。附圖說明圖1是基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本專利技術(shù)基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)一種具體實施方式原理框圖；圖3是圖2所示基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)在不同信號子帶數(shù)量條件下的信號重構(gòu)效果圖；圖4是圖2所示基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)在不同信噪比條件下的信號重構(gòu)效果。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本專利技術(shù)。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許會淡化本專利技術(shù)的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。在本實施例中，如圖1所示，本專利技術(shù)基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)包括混頻器1、低通濾波器2、ADC3、重構(gòu)模塊4、偽隨機(jī)序列發(fā)生器5、比較器6、控制電路7。被測信號x(t)同時輸入到混頻器1以及比較器6，在比較器6中，被測信號x(t)與觸發(fā)門限進(jìn)行比較，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并輸入到控制電路7中；控制電路7根據(jù)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生偽隨機(jī)序列發(fā)生使能信號到偽隨機(jī)序列發(fā)生器5，隨機(jī)觸發(fā)偽隨機(jī)序列發(fā)生器5，產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，其中第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列用pm(t)表示，其中，1≤m≤M，M為隨機(jī)觸發(fā)采樣次數(shù)；同時，控制電路7還計算出觸發(fā)脈沖與其后第一個采樣脈沖的時間間隔Δtm。偽隨機(jī)序列發(fā)生器5隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列pm(t)輸入到混頻器1以及重構(gòu)模塊4中。混頻器1于將輸入的被測信號x(t)與來自偽隨機(jī)序列發(fā)生器5的第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列pm(t)進(jìn)行混頻，對輸入的被測信號x(t)進(jìn)行隨機(jī)解調(diào)，得到基帶信號然后低通濾波器2對混頻器1輸出的基帶信號進(jìn)行濾波，得到截取的基帶信號ym(t)；ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)3在采樣時鐘的控制下，對基帶信號ym(t)進(jìn)行采樣，得到采樣序列值ym[n]，其中，n為采樣點(diǎn)序列號；重構(gòu)模塊4用于根據(jù)采樣序列值ym[n]、時間間隔Δtm以及壓縮測量矩陣Φ，重構(gòu)出被測信號的頻譜向量，最有通過傅立葉反變換得到被測信號的采樣序列x*[n]。其中，壓縮測量矩陣Φ根據(jù)偽隨機(jī)序列pm(t)構(gòu)建。如圖2所示，本專利技術(shù)同樣是采用被測信號x(t)與偽隨機(jī)序列pm(t)采用混頻器1進(jìn)行隨機(jī)解調(diào)，即解調(diào)方式與現(xiàn)有技術(shù)相同。為了方便電路實現(xiàn)，本實施例中，偽隨機(jī)序列pm(t)采用取值為“+1”和“-1”隨機(jī)伯努力分布序列。在比較器6輸出觸發(fā)脈沖，控制電路7產(chǎn)生偽隨機(jī)序列發(fā)生使能信號，第m次隨機(jī)觸發(fā)下，偽隨機(jī)序列pm(t)的表達(dá)式為：式中，αm,l∈{+1,-1}，第m次隨機(jī)觸發(fā)時的隨機(jī)伯努力分布序列，l為序列號，Tp為偽隨機(jī)序列的周期，1≤l≤L，L為一個周期內(nèi)序列值的個數(shù)，1≤m≤M，M為隨機(jī)觸發(fā)采樣次數(shù)。偽隨機(jī)序列pm(t)的傅立葉級數(shù)系數(shù)cm,l為：混頻器1輸出基帶信號，即隨機(jī)解調(diào)輸出信號的傅立葉變換為：式中X(f)為被測信號x(t)的傅立葉變換，f為被測信號x(t)的頻率。混頻器1輸出的基帶信號的頻譜為信號頻譜以fp＝1/Tp移位的線性組合。基帶信號經(jīng)截至頻率為fs/2的低通濾波器2濾波，輸出信號包含在其中fs本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，包括：一偽隨機(jī)序列發(fā)生器，用于產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，并輸入到混頻器中；一混頻器，用于將輸入的被測信號x(t)與來自偽隨機(jī)序列發(fā)生器的第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列p

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，包括：一偽隨機(jī)序列發(fā)生器，用于產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，并輸入到混頻器中；一混頻器，用于將輸入的被測信號x(t)與來自偽隨機(jī)序列發(fā)生器的第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列pm(t)進(jìn)行混頻，對輸入的被測信號x(t)進(jìn)行隨機(jī)解調(diào)，得到基帶信號；一低通濾波器，用于對混頻器輸出的基帶信號進(jìn)行濾波，得到截取的基帶信號ym(t)；一ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，用于在采樣時鐘的控制下，對基帶信號ym(t)進(jìn)行采樣，得到采樣序列值ym[n]，n為采樣點(diǎn)序列號；一重構(gòu)模塊，用于根據(jù)采樣序列值ym[n]，重構(gòu)出被測信號的采樣序列x*[n]；其特征在于，還包括：一比較器，被測信號x(t)同時輸入到比較器中，與觸發(fā)門限進(jìn)行比較，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并輸入到控制電路中；一控制電路，用于根據(jù)觸發(fā)脈沖，產(chǎn)生偽隨機(jī)序列發(fā)生使能信號到偽隨機(jī)序列發(fā)生器，隨機(jī)觸發(fā)偽隨機(jī)序列發(fā)生器，產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，其中第m次隨機(jī)觸發(fā)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列用pm(t)表示，其中，1≤m≤M，M為隨機(jī)觸發(fā)采樣次數(shù)；同時，控制電路還計算出觸發(fā)脈沖與其后第一個采樣脈沖的時間間隔Δtm；重構(gòu)模塊根據(jù)采樣序列值ym[n]、時間間隔Δtm以及壓縮測量矩陣Φ，重構(gòu)出被測信號的頻譜向量，最有通過傅立葉反變換得到被測信號的采樣序列x*[n]。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)解調(diào)的寬帶壓縮采樣系統(tǒng)，其特征在于，所述的重構(gòu)模塊根據(jù)采樣序列值ym[n...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙貽玖，王厚軍，王起，楊西，劉晶晶，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51