基于壓縮感知理論的信號自適應(yīng)重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著人們對信息獲取的需求不斷增長，承載信息的信號也變得更復(fù)雜，其帶寬也越來越大，所需系統(tǒng)采樣頻率也越來越高；如果仍然利用基本的香農(nóng)采樣定理所設(shè)計的采集系統(tǒng)來獲取信息，勢必面臨很多難以克服的問題。一直以來，科研工作者們?yōu)榻鉀Q這一系列問題，分別提出了時間交替采樣結(jié)構(gòu)和周期非均勻采樣結(jié)構(gòu)，以及近十年來基于壓縮感知理論提出的MWC（調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器）采樣系統(tǒng)和AIC（模擬信息轉(zhuǎn)換器）采樣系統(tǒng)。然而，以上采樣結(jié)構(gòu)的硬件設(shè)計過于復(fù)雜，精度要求比較高以

2、及制作成本相對較高，給科研工作者的研究工作帶來了一定的阻礙。因此，本文所做的主要工作分別如下：
　　1.基于壓縮感知理論和空間采樣結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建出本文所要應(yīng)用的自適應(yīng)重構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種信號自適應(yīng)重構(gòu)系統(tǒng)，直接以低采樣率采集高頻信號，并給出整個系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，主要包括欠采樣采集通道，信號自適應(yīng)跟蹤，信號重構(gòu)。
　　2.欠采樣采集通道設(shè)計及誤差校準(zhǔn)，結(jié)合系統(tǒng)性能需求，選取合適的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）芯片，搭建采集通

3、道；為減少硬件電路設(shè)計的復(fù)雜度，采用目前較常用的數(shù)字后臺校準(zhǔn)技術(shù)對通道誤差進(jìn)行校準(zhǔn)；同時結(jié)合相應(yīng)的時間差估計算法，估計出兩路信號之間的時間差，然后不斷調(diào)整時鐘電路中設(shè)置采樣時鐘的參數(shù)，使兩路采樣時鐘達(dá)到準(zhǔn)確的相對延時，為構(gòu)建整個系統(tǒng)的采樣矩陣做好前提準(zhǔn)備。
　　3.信號的自適應(yīng)跟蹤，根據(jù)空間采樣理論的指引，將信號空間劃分為多個子空間，并將各子空間對應(yīng)的信號用相應(yīng)子空間信號函數(shù)表示；在采樣空間中，結(jié)合設(shè)計的一組采樣函數(shù)，推導(dǎo)出了本系

4、統(tǒng)的常數(shù)采樣矩陣以及子空間信號對應(yīng)的重構(gòu)函數(shù)；借助壓縮感知中正交匹配跟蹤算法的思想，并結(jié)合推導(dǎo)出的采樣矩陣以及所采集的信號，跟蹤出所采集子空間信號所對應(yīng)頻段。
　　4.信號重構(gòu)，在基本的插值重構(gòu)模型基礎(chǔ)上，利用子空間信號對應(yīng)的重構(gòu)函數(shù)和多相插值濾波器結(jié)構(gòu)，在PC端的上層軟件中實現(xiàn)子空間信號的完整重構(gòu)，并使重構(gòu)后的信號其采樣率等效到10GSPS。
　　依托ARM+FPGA硬件平臺和PC軟件平臺，實現(xiàn)了整個信號自適應(yīng)重構(gòu)系統(tǒng)，接