专利名称：基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法及实现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种稀疏信号欠采样方法及实现装置。
背景技术：
传统的信息采样过程必须遵循奈奎斯特采样定理，即采样速率至少要大于原信号最高频率的2倍，这样才能从采样得到的离散数据中不失真地恢复出原始信号。然而随着信息技术的发展，以奈奎斯特采样定理为基础的信号处理框架对前端ADC的采样速率和处理速度提出更高的要求，也给后端信息的传输、存储等环节带来巨大压力。解决这些压力常见的方案是信号压缩，但是，这种先采样后压缩的方法并没有减小前端ADC的压力，而且信号压缩意味着采样过程中有大量的冗余信息，浪费了大量的传感元、时间和存储空间等资源。2004 年由 CandSs 和 Donoho 等人提出了压缩感知理论(Compressive Sensing,CS)。该理论能够将信号 压缩和采样合并进行，即在信号获取的同时，就对数据进行适当地压缩，当信号具有稀疏性时就可以显著降低信号采样率。在信号具有稀疏性的前提下，可以用一个与正交基矩阵Ψ不相关的观测矩阵Φ:MXN(M □ N)(这里Φ的每一行可以看作是一个传感器，它与系数相乘，获取了信号的部分信息)，对信号X执行压缩观测:y = Φχ(I)就可以得到M个线性观测值(投影)y eDM。这些少量线性投影中则包含了重构信号X的足够信息。然后通过特殊的算法从观测值y中得到原信号的重构信号i。频域稀疏信号具有频谱稀疏的特性，即在频域上是稀疏的，这样正交基矩阵Ψ就可以取傅里叶变换矩阵。设x(t)是一模拟信号，对它进行傅里叶变换，即把它用NX I维的傅里叶变换基向的线性组合来表示。则x(t)可以展开为:
权利要求
1.基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法，其特征是:它由以下步骤实现: 步骤一、采用嵌入在FPGA中m序列发生器产生m序列；并采用FPGA同步产生触发信号; 步骤二、将步骤一产生的m序列采用信号调理电路进行信号调理，获得调理后的m序列； 步骤三、将步骤二获得的调理后m序列与被测稀疏信号采用乘法器进行混频，获得混频信号； 步骤四、采用低通滤波器对步骤三获得的混频信号进行低通滤波，获得低通滤波后信号; 步骤五、采用步骤一中产生触发信号触发采样电路，并采用采样电路对步骤四获得的低通滤波后信号进行采样，获得采样结果； 步骤六、采用上位机对步骤五获得的采样结果进行信号重构，获得原始被测稀疏信号的重构结果。
2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法，其特征在于步骤六中所述的采用上位机对步骤五获得的采样结果进行信号重构的具体方法是: 步骤A、根据公式:H(s) = H1 (s)G(s) 获得混频到采样之间的传递函数H(S)； 式中=H1(S)为低通滤波器的传递函数，所述低通滤波器为二阶巴特沃斯模拟低通滤波器； G(S)为混频到采样之间各级运算放大电路传递函数的连乘积； H1(S)是根据公式:
3.权利要求1所述的基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法的实现装置，其特征是:它包括FPGA(15)、调理电路(16 )、乘法器(11)、低通滤波器(12)、采样电路(13)和上位机(14)； 所述FPGA(15)内嵌有m序列发生器，所述m序列发生器用于产生m序列； 所述FPGA(15)的m序列输出端与信号调理电路(16)的信号输入端连接；所述信号调理电路(16)的信号输出端与乘法器(11)的一号信号输入端连接；所述乘法器(11)的二号信号输入端用于接收被测稀疏信号；所述乘法器(11)的信号输出端与低通滤波器(12)的信号输入端连接；所述低通滤波器(12)的信号输出端与采样电路(13)的信号输入端连接；所述采样电路(13)的信号输出端与上位机(14)的信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法的实现装置，其特征在于 FPGA (15)的型号为 EP2C8Q208。
5.根据权利要求3所述的基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法的实现装置，其特征在于乘法器(11)采用型号为AD633的芯片实现。
6.根据权利要求3所述的基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法的实现装置，其特征在于低通滤波器(12)为采用型号为MAX275的芯片搭建的二阶巴特沃斯模拟低通滤波器。
全文摘要
基于压缩感知的稀疏信号欠采样方法及实现装置，涉及一种稀疏信号欠采样方法及实现装置。它是为了在保证信号恢复效果的情况下降低频域稀疏信号采样率。本发明采用FPGA产生触发信号和m序列，m序列调理后与被测稀疏信号混频，并经过低通滤波器滤波。数据采样模块检测到触发信号后对滤波后信号进行采样，存储采样数据。在信号重构时，需要先求得系统的传递函数，以及和采样数据对应的m序列，然后应用OMP信号重构算法恢复出原信号。本发明适用于频域稀疏模拟信号的欠采样。
文档编号H03M1/12GK103178853SQ20131009220
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者张京超, 付宁, 乔立岩, 宋平凡 申请人:哈尔滨工业大学