[发明专利]一种基于随机解调的宽带压缩采样系统

说明书

本发明提供了一种基于随机解调的宽带压缩采样系统，对被测信号x(t)在比较器中与触发门限进行比较，产生触发脉冲，并通过控制电路随机触发产生伪随机序列发生器，这样采用多次随机触发采样替代并行采样通道的方案，并在系统结构改进的基础上，在频域，根据采样序列值y_m[n]、时间间隔Δt_m以及压缩测量矩阵Φ与被测信号的关系，重构出被测信号的频谱向量，最后通过傅立叶反变换得到被测信号的采样序列，在不影响系统性能的基础上，降低了压缩采样系统的结构复杂度，便于电路实现，具有系统结构简单，对被测信号压缩采样与重构性能好的特点。

技术领域

本发明属于具有稀疏频带的宽带信号亚奈奎斯特采样技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于随机解调的宽带压缩采样系统，实现低采样现对高频信号的采样。

背景技术

宽带信号亚奈奎斯特采样是一种基于随机解调的压缩(欠)采样，该采样方式适用于周期信号和能够重复产生的稀疏频带宽带信号，这类信号占用很宽的频带范围，但信号频谱呈稀疏特性，信号的能量仅集中在少量的子带上。

基于随机解调的压缩采样采用具有信号奈奎斯特频率的伪随机序列对被测信号进行随机解调，解调后的信号在整个频带上都将携带被测信号的频谱信息，然后通过低通滤波器截取解调输出的基带信号，再以工作在信号亚奈奎斯特频率的模拟数字转换器(ADC)对基带信号进行采样，这样能够有效降低对ADC的工作速率要求，同时还能够解决ADC输入带宽限制的问题。

为了能够通过压缩感知信号处理算法对信号的频谱进行估计和波形重构，采样值中需要获取足够多的被测信号信息。传统的基于随机解调的压缩采样系统的原理框图如图1所示，采用M路伪随机序列p_m(t)，m＝1,2,…,M对被测信号x(t)的频谱进行随机解调(在混频器1中混频)，得M路基带信号然后分别采用相同的低通滤波器LPF 2对m路基带信号进行滤波后，送入ADC 3采样，得到的m路采样信号y_m[n]在重构模块4中通过最优化算法(重构算法)，对被测信号进行重构，得到重构的被测信号序列x^*[n]。

如图1所示，传统的基于随机解调的压缩采样系统包括M个采样通道，每个通道均包括随机解调(混频器)、低通滤波(低通滤波器)和采样(ADC)等三个部分，系统利用多个即M个采集通道对被测信号x(t)同时进行采样，系统采集通道的数量与被测信号中子带的数量成正比，系统一旦电路设计完成以后，子带数量就会受到限制，通常系统采集通道的数量多，电路结构复杂，实现成本高，多个ADC之间实现同步采集困难，通道间存在相位误差，以此系统获取的采样值进行重构时将导致重构信号失真。

发明内容

为了解决宽带压缩采样系统结构复杂，难以硬件电路实现，信号重构性能低等问题，本发明了提供一种基于随机解调的宽带压缩采样系统，以简化电路结构，降低成本，同时提高信号重构性能。

为实现以上目的，本发明基于随机解调的宽带压缩采样系统，包括：

一伪随机序列发生器，用于产生伪随机序列，并输入到混频器中；

一混频器，用于将输入的被测信号x(t)与来自伪随机序列发生器的第m次随机触发产生的伪随机序列p_m(t)进行混频，对输入的被测信号x(t)进行随机解调，得到基带信号

一低通滤波器，用于对混频器输出的基带信号进行滤波，得到截取的基带信号y_m(t)；

一ADC(模数转换器)，用于在采样时钟的控制下，对基带信号y_m(t)进行采样，得到采样序列值y_m[n]，n为采样点序列号；

一重构模块，用于根据采样序列值y_m[n]，重构出被测信号的采样序列x^*[n]；

其特征在于，还包括：