專利名稱：隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于寬帶模擬信號的采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法。
背景技術(shù)：
對模擬信號傳統(tǒng)的的分析方法是首先用高于奈奎斯特頻率的采樣率對信號進行采樣，使之轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后進行后續(xù)數(shù)字信號處理。但是這種方法應(yīng)用在現(xiàn)代寬帶信號遇到了困難，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的硬件瓶頸使其達(dá)不到IO9赫茲數(shù)量級的奈奎斯特頻率，常見的解決方法時將寬帶信號的頻譜分為多個頻帶，將每個頻帶分別進行下變頻至基帶后利用現(xiàn)有的數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行采樣，獲取每段頻帶的信息，進而整合得到寬帶信號的完整頻譜。以下的文章覆蓋了該相關(guān)的
背景技術(shù)：
1. H. J. Landau，Necessary density conditions for sampling and interpolation of certain entire functions，Acta Math.，vol. 117，pp.37—52， Feb. 1967.提到的信道化濾波方法將寬帶模擬信號的頻帶劃分為多個頻帶，通過和不同頻率的載波信號混頻，將每個頻帶搬移至基帶，低通濾波后進行采樣。這種方法原理非常簡單，但當(dāng)待采樣信號的奈奎斯特采樣頻率遠(yuǎn)大于采樣頻率時，需要非常多的采樣通道和不同頻率的載波信號，這樣保持每個通道之間頻率的一致性是一個困難的問題，同時在實際系統(tǒng)中由于每路通道處理的頻段的不一致需要進行針對性的設(shè)計。2. Fredric J. Harris, Chris Dick，Michael Rice. Digital receivers and transmitters using polyphase filter banks for wireless communications[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2003，51 (4) :1395-1411 提到的基于多相濾波器組的寬帶數(shù)字信道化接收機。實現(xiàn)了頻分和下變頻的作用，又較好地解決高速采樣芯片與低速信號處理器之間的矛盾。但針對的是采樣后的信道化處理，不能用于寬帶信號的采樣。3.M. Mishali and Y.C. Eldar，Blind multiband signal reconstruction Compressed sensing for analog signals, IEEE Trans. Signal Processing, vol.57, no. 3,pp. 993-1009,Mar. 2009.提到的系統(tǒng)采用多路周期性隨機信號和待采樣信號混頻，首先準(zhǔn)確的恢復(fù)出待采樣稀疏信號中非零頻譜的位置，然后再通過解最小二乘問題求解信號頻譜。通過壓縮感知的原理，可以有效降低系統(tǒng)整體的采樣率，但針對的是頻域稀疏的寬帶模擬信號的采樣。其中欠采樣方程中的觀測矩陣是通過采樣隨機方波信計算獲得的，但如此高頻率的方波信號會很難采樣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法，針對的是寬帶模擬信號的采樣的問題，克服了難以保持每個通道之間頻率的一致性的問題，并能有效解決有效解決不平坦的混頻轉(zhuǎn)換損失給系統(tǒng)帶來的非線性效應(yīng)和隨機方波信號難以采樣的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法，步驟如下步驟1 將待采樣的寬帶信號x(t)接入隨機采樣系統(tǒng)，待采樣的寬帶信號x(t)的奈奎斯特采樣頻率為210MHz，放大后與3路周期性隨機方波信號pdt)進行混頻，Pj (t)的翻轉(zhuǎn)速率為210MHz，周期為100ns，混頻后的信號低通濾波后，在70MHz的時鐘下采樣得到 3路數(shù)字信號(η)，分別對3路數(shù)字信號(η)進行離散傅里葉變換得到對應(yīng)的3路頻譜采樣序列7 Jf)，利用頻譜采樣序列Yi (f)結(jié)合待采樣的寬帶信號x(t)的信號頻譜x(f)構(gòu)造對應(yīng)的采樣方程⑴y (f) = Ax (f) (1)其中 X/>
權(quán)利要求
1.一種隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法，其特征在于步驟如下步驟1 將待采樣的寬帶信號X(t)接入隨機采樣系統(tǒng)，待采樣的寬帶信號x(t)的奈奎斯特采樣頻率為210MHz，放大后與3路周期性隨機方波信號Pdt)進行混頻，Pj (t)的翻轉(zhuǎn)速率為210MHz，周期為100ns，混頻后的信號低通濾波后，在70MHz的時鐘下采樣得到3路數(shù)字信號Yi (η)，分別對3路數(shù)字信號yi (η)進行離散傅里葉變換得到對應(yīng)的3路頻譜采樣序列Yi (f)，利用頻譜采樣序列Yi (f)結(jié)合待采樣的寬帶信號x(t)的信號頻譜x(f)構(gòu)造對應(yīng)的采樣方程⑴'y(f)對應(yīng)的是從-35MHz到:35MHz的基帶的7個IOMHz頻帶，’即x(f)對應(yīng)的是從-105MHz到105MHz的21個帶寬為IOMHz的頻帶，-]，A為觀測矩陣，A中每列即是周期性隨機方波信號Pi(t)分別將21個帶寬為IOMHz的頻帶搬移至從-35MHz到35MHz的基帶處7個頻帶的搬移系數(shù)，fp為隨機方波ii 號的頻率，Tp為隨機方波信號的周期，L0為10，i的取值為1、2或3 ；步驟2 以IOMHz為步長，遍歷0. IMHz至100. IMHz的11個單頻信號，每測試一個單頻信號時，獲得低通濾波后的3路采樣序列Zi (η)，對3路采樣序列Zi (η)進行離散傅里葉變換得到對應(yīng)的3路頻譜采樣序列Zi (f)，接著獲取單頻信號與周期性隨機方波信號Pi (t)混頻后搬移到從-35MHz到35MHz基帶的7個IOMHz頻帶頻譜的搬移系數(shù)，搬移系數(shù)依次按序排列構(gòu)成了觀測矩陣A的列，最終構(gòu)成觀測矩陣A。該構(gòu)成觀測矩陣A的具體方式即為根據(jù)所有的信號均為實信號，利用頻帶頻譜x(f)的單頻信號的頻譜對應(yīng)于其正負(fù)頻率處的兩個線譜，而周期性隨機方波信號Pi (t)的線譜均位于頻帶頻譜x(f)劃分的對應(yīng)頻帶的中間位置，進一步設(shè)置頻帶頻譜x(f)的單頻信號的頻率位于其每個頻帶對應(yīng)譜線偏右的位置，這樣單頻信號的頻譜對應(yīng)于其正負(fù)頻率處的兩個線譜就會搬移到基帶處7個頻帶的不同位置，從而可以一次獲得兩個待測頻帶的搬移系數(shù)；步驟3 對待采樣的寬帶信號x(t)要進行恢復(fù)的時候，將其接入系統(tǒng)后，采集得到三路數(shù)字信號^ (η)進行離散傅里葉變換得到其頻譜采樣序列Ji (f)，根據(jù)觀測矩陣A對應(yīng)的順序提取出每個頻帶，建立方程y (f) = Ax (f)，即可恢復(fù)出χ (f)，其中X/)=應(yīng)的是從-35MHz到35MHz的基帶的7個IOMHz頻帶頻譜，x(/) =的是從-105MHz到105MHz的21個帶寬為IOMHz的頻帶的頻帶頻譜，/e[-觀測矩陣，fp為隨機方波信號的頻率，Tp為隨機方波信號的周期，L0為10，i的取值為1、2或3 ；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法，其特征在于所述的步驟2中的對3路采樣序列Zi (η)進行離散傅里葉變換的方式是先對3路采樣序列Zi (η)加漢寧窗進行離散傅里葉變換得到3路觸發(fā)頻譜采樣序列Zi (f)，在預(yù)設(shè)的限定范圍內(nèi)搜索得到3路觸發(fā)頻譜采樣序列Zi (f)在該范圍內(nèi)的峰值位置，之后對3路采樣序列Zi (η)加低通窗進行離散傅里葉變換，通過調(diào)節(jié)低通窗的截止頻率，減小窗函數(shù)帶來的附加幅度、相位信息，從而獲得前述峰值位置處精確的幅度、相位信息。
全文摘要
一種隨機信號混頻多通道采樣系統(tǒng)中觀測矩陣的獲取方法，通過遍歷單頻信號獲取恢復(fù)方程中的觀測矩陣，針對的是寬帶模擬信號的采樣的問題，克服了難以保持每個通道之間頻率的一致性的問題，并能有效解決有效解決不平坦的混頻轉(zhuǎn)換損失給系統(tǒng)帶來的非線性效應(yīng)和隨機方波信號難以采樣的問題。
文檔編號H03M7/30GK102291151SQ20111017442
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者余曉暢, 劉一民, 張顥, 王希勤 申請人:清華大學(xué)