基于隨機(jī)解調(diào)的模擬信息轉(zhuǎn)換技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的信號處理模式是先進(jìn)行奈奎斯特采樣，再通過壓縮去除大量冗余數(shù)據(jù)。這種是先采樣后壓縮的模式無疑浪費(fèi)了大量的資源。模擬信息轉(zhuǎn)換是解決這個(gè)弊端的一種思路，它旨在利用一些新的信息理論將模擬信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫男畔?，從而減少采樣過程中的冗余數(shù)據(jù)，降低采樣率。壓縮感知是實(shí)現(xiàn)模擬信息轉(zhuǎn)換的一種重要理論依據(jù)，它在理論上表明利用信號的稀疏性可以實(shí)現(xiàn)信號的同時(shí)壓縮和采樣，達(dá)到將模擬信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s過的有用信息的目的，即模擬信息轉(zhuǎn)換。但是壓縮感知的物理

2、實(shí)現(xiàn)方法目前還很少，隨機(jī)解調(diào)是其中一種重要方法和技術(shù)。本文對此開展研究，采用隨機(jī)解調(diào)方式使壓縮感知理論實(shí)用化，從而實(shí)現(xiàn)模擬信息轉(zhuǎn)換。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1、研究隨機(jī)解調(diào)的原理。對壓縮感知理論和隨機(jī)解調(diào)原理進(jìn)行闡述，用數(shù)學(xué)語言描述隨機(jī)解調(diào)過程的各個(gè)階段，說明隨機(jī)解調(diào)是壓縮感知從離散域到連續(xù)域的一種擴(kuò)展。通過MATLAB仿真驗(yàn)證隨機(jī)解調(diào)技術(shù)的可行性，并探究了采樣速率、采樣相位、濾波器參數(shù)、m序列周期等若干因素的影響作用

3、，為后續(xù)隨機(jī)解調(diào)物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。
　　2、設(shè)計(jì)隨機(jī)解調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺。以隨機(jī)解調(diào)技術(shù)的理論研究及仿真結(jié)果為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)隨機(jī)解調(diào)物理系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)平臺。該系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件部分設(shè)計(jì)了信號調(diào)理板卡，整合了多種PXIe儀器設(shè)備，利用先進(jìn)的PXIe測試總線進(jìn)行設(shè)備互連，完成信號的產(chǎn)生、混頻、濾波、放大和采樣任務(wù)，以及數(shù)據(jù)存儲和傳輸任務(wù)。采用LabVIEW語言開發(fā)軟件，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)硬件模塊的參數(shù)配置和靈活控制，完成信號顯示分析、算

4、法執(zhí)行、報(bào)表生成等任務(wù)。
　　3、構(gòu)造隨機(jī)解調(diào)系統(tǒng)感知矩陣。感知矩陣是信號重構(gòu)階段的重要參數(shù)，它包含了系統(tǒng)的重要特性，它的準(zhǔn)確程度與信號重構(gòu)效果緊密相關(guān)。本文研究了感知矩陣的理論計(jì)算法，即根據(jù)系統(tǒng)各部分的理論模型、參數(shù)、表達(dá)式計(jì)算系統(tǒng)的感知矩陣的方法。然后提出了兩種效果更好的方法：步進(jìn)頻率激勵法，基于m序列和FFT的快速構(gòu)造法。步進(jìn)正弦激勵法是將被測信號用一系列頻率步進(jìn)的正弦和余弦信號代替，利用一系列對應(yīng)的系統(tǒng)輸出信號的采樣值構(gòu)造

5、感知矩陣。基于m序列和FFT的快速構(gòu)造法首先采用m序列作為激勵信號獲得隨機(jī)解調(diào)系統(tǒng)中模擬乘法器、低通濾波器和運(yùn)放三部分電路整體的脈沖響應(yīng)；然后用獲得的脈沖響應(yīng)、m序列計(jì)算觀測矩陣；最后對觀測矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行FFT，之后將FFT結(jié)果再次共軛轉(zhuǎn)置得到感知矩陣?？焖贅?gòu)造法相比前兩種方法能夠獲得準(zhǔn)確度和計(jì)算效率的同時(shí)提高，是本文實(shí)驗(yàn)中所采用的方法。
　　4、利用隨機(jī)解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)。大量實(shí)驗(yàn)表明可以利用本文設(shè)計(jì)隨機(jī)解調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)