本发明专利技术提出一种基于chirp混频的模拟信息转换方法及系统，属于采样技术领域。转换方法包括：步骤一，调节chirp信号，令chirp信号的调频率为B/T；步骤二，将模拟信号与chirp信号混频过程用数学表达式表示出来；步骤三，对模拟信号进行1/M的欠采样，利用相邻M个元素叠加的方式将整个欠采样结果构造简单的低通滤波器，并得到通过低通滤波器后的M倍欠采样信号；步骤四，根据压缩感知的正交匹配算法，利用M倍欠采样信号对模拟信号进行重构，得出第一重构信号x1；步骤五，将chirp信号的调频率设置为2B/T；步骤六，重复步骤一至步骤四的过程，得到第二重构信号x2；步骤七，将信号x1和x2平均相加，利用最大峰值搜索方式得到重构信号的最大的多个峰值位置和能量取值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于chirp混频的模拟信息转换方法及系统，属于采样技术领 域。
技术介绍
超宽带技术具有较高的数据传输率、低成本、低功耗和抗干扰能力强等优点，使其 成为无线通信和雷达探测等领域的一种前沿技术。然而，根据奈奎斯特采样理论，超宽带信 号的高带宽导致接收机在进行数字处理时需要极高的采样率。商业公司致力于推出更高速 率的模拟/数字转换器（analog to digital convertor, ADC)以抢占高端市场。然而，高 速的数据采集速率带来一系列问题：首先是硬件电路设计的问题，其次是数据存储和传输 问题，最后是实时数据处理的问题。因此，超宽带信号的采样成为制约超宽带系统向实用技 术发展的一个技术瓶颈。 在很多实际应用中，如超宽带短距离无线通信、雷达、声呐、医疗检测系统等，目标 相对于应用背景可视为稀疏的，即信号所承载的信息率是有限的。近十年来发展起来的压 缩感知（compressive sensing, CS)理论将是最有可能利用这种不平衡以降低采样率的技 术。这种利用压缩感知原理以亚奈奎斯特采样率将模拟信号转换为数字信号，并从中提取 稀疏信息的方法称之为模拟信息转换器（analog to information convertor, AIC)。其信 号采集端一般较为简单，采样速率较低，采集的信号一般冗余性很小，但从采集的信号中还 原原始的信息的过程一般较为复杂，这种信号处理过程与目前硬件发展水平相吻合。 在模拟信息转换器（AIC)的诸多方案中，基于随机解调的AIC方案对其发展起到 了很大的推动作用。该方案由高速伪随机解调器、低通滤波器和低速ADC组成。其中，伪随 机序列PJt)取值为{1，-1}，且要求序列的变化速率大于采样信号的奈奎斯特速率。频域 稀疏信号x(t)首先经过一个解调器（乘法器），将高频信号混频到整个频带，通过低通滤波 器滤除高频干扰后，再由一个低速ADC采样。 然而由于高速伪随机序列要工作在实际信号的奈奎斯特采样率之上，因此，在进 行超宽带采样时，随机序列产生器的时钟抖动和孔径效应导致了其在重构过程中产生了误 差，并且这种误差会逐渐扩大，严重限制了该系统的实际应用。
技术实现思路
为了克服伪随机序列的时钟抖动和孔径效应，本专利技术提出了一种基于chirp混频 的模拟信息转换方法及系统，本专利技术使用确定的chirp信号作为混频信号，代替PN，高斯等 随机信号。除了克服后者在硬件上高频难于实现的缺陷外，还能够取得更好的性能指标。尤 其是在不满足经验压缩感知所需最小重构点数的同时，PN，高斯等随机信号，不能重构出原 始信息，基于chirp混频的该结构仍能够重建出原始信息。 该方法充分利用了 chirp序列和PN序列拥有相类似的扩频特征，能够充分实现对 原始信号的混频。与此同时，chirp信号由于自身的特征，受到时钟抖动和孔径效应的影响 大大降低，能够有利于AIC系统的重构。所采取的技术方案如下： 本专利技术的目的在于提供一种基于chirp混频的模拟信息转换方法及系统，所述模 拟信息转换方法过程包括： 步骤一，调节用于混频的chirp信号，令所述chirp信号的持续时间与模拟信号 X (t)的持续时间一致，所述chirp信号的调频率为B/T ;其中，B为先验带宽信息，T为模拟 信号x(t)的持续时间； 步骤二，将所述模拟信号x(t)与chirp信号混频过程用数学表达式表示出来， 所述数学表达式为^ 1= C lX，其中，C1为常数矩阵，其对角线元素为用于调频率为B/T的 chirp序列，其余元素为0 ; 步骤三，对所述模拟信号x(t)进行1/M的欠采样，利用相邻M个元素叠加的方式 将整个欠采样结果构造简单的低通滤波器，并得到通过低通滤波器后的M倍欠采样信号 =Hy1= HC1X ;其中，M为大于零的正整数，H为低通滤波器的等效卷积矩阵，并且 步骤四，根据压缩感知的正交匹配算法（orthogonal matching pursuit, 0MP)，利 用所述M倍欠采样信号对所述模拟信号x(t)进行重构，得出第一重构信号x1; 步骤五，将步骤一中所述chirp信号的调频率设置为2B/T ; 步骤六，基于修改调频率后的chirp信号重复步骤一至步骤四的过程，得到第二 重构信号X 2; 步骤七，将所述第一重构信号X1和所述第二重构信号X 2平均相加，即X' = (Xl+x2)/2,利用最大峰值搜索方式得到重构信号的最大的多个峰值位置和能量取值，从而 实现目标信号的重构。 优选地，所述待转换模拟信号为雷达信号。 优选地，所述步骤四中涉及的正交匹配算法的过程为： 第一步，第一次迭代，找到重构矩阵的最匹配原子坐标k，并求解X的最大值； 第二步，获得对应元素矩阵，并利用最小二乘法对所述对应元素矩阵方程进行求 解； 第三步，更新余量，进入第二次迭代，重复第一步到第三步的过程； 第四步，经过数次迭代后得到所求最大值，迭代终止。 优选地，所述待转换模拟信号为雷达信号时，信号转换的具体步骤如下：=lus，脉冲重复时间PRT = 8T。，先验带宽信息B = 64MHz和目标点数S = 8 ;用于混频的 chirp信号设计如下：取chirp的持续时间与输入信号一致为T。= lus，并且取其调频率等 于1(0=13/丁 = 6.4\1013，即。0=6叉卩（」2 31.1(01:2); 步骤二，将原始信号与chirp信号混频的过程用数学表达式表示为：yi= C lX ;其 步骤三，假设对原始信号进行1/4的欠采样，则整个欠采样结果通过相邻4个元素 叠加的方式构造简单的低通滤波器H 通过低通滤波器后得到1/4的欠采样信号为： y' != Hy != HC :x 步骤四，根据压缩感知的正交匹配追踪（orthogonal matching pursuit, 0MP)算 法，由欠采样信号y' :重构原始雷达信号得到x 1; 步骤五，将步骤一中用于混频的chirp信号的调频率设置为2K。= I. 32X 10 14， 步骤六，基于修改调频率后的chirp信号重复步骤一至步骤四的过程，得到第二 重构雷达信号X 2; 步骤七，将所述第一重构雷达信号X1和所述第二重构雷达信号X 2平均相加，即X' =(Xl+x2)/2,通过采用最大峰值搜索的方式，得到重构信号的最大的多个峰值位置和能量 取值，从而实现目标信号的重构。 优选地，一种用于实现上述方法的系统，所述模拟信息转换系统由两组基于chirp 混频的AIC随机解调系统和加法器构成；所述两组AIC随机解调系统的信号输入端口即为 所述模拟信息转换系统的模拟信号输入端口，用于接收同一模拟信号；所述两组AIC随机 解调系统的信号输出端口分别与加法器的两个信号输入端口相连；所述加法器的信号输出 端口即为所述模拟信息转换系统的信号输出端口，用于输出重构信息信号； 所述两组基于chirp混频的AIC随机解调系统用于所述模拟信号转换与重构；所 述加法器用于所述第一重构信号X 1和所述第二重构信号X 2的叠加。 优选地，所述基于chirp混频的AIC随机解调系统包括：chirp解调器1、低通滤波 器2、低速ADC3、压缩重构模块4 ;所述chirp解调器1的信号输入端口本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于chirp混频的模拟信息转换方法及系统，其特征在于，所述模拟信息转换方法过程为：步骤一，调节用于混频的chirp信号，令所述chirp信号的持续时间与模拟信号x(t)的持续时间一致，所述chirp信号的调频率为B/T；其中，B为先验带宽信息，T为模拟信号x(t)的持续时间；步骤二，将所述模拟信号x(t)与chirp信号混频过程用数学表达式表示出来，所述数学表达式为：y1＝C1x，其中，C1为常数矩阵，其对角线元素为用于调频率为B/T的chirp序列，其余元素为0；步骤三，对所述模拟信号x(t)进行1/M的欠采样，利用相邻M个元素叠加的方式将整个欠采样结果构造简单的低通滤波器，并得到通过低通滤波器后的M倍欠采样信号y′1＝Hy1＝HC1x；其中，M为大于零的正整数，H为低通滤波器的等效卷积矩阵，并且步骤四，根据压缩感知的正交匹配算法，利用所述M倍欠采样信号对所述模拟信号x(t)进行重构，得出第一重构信号x1；步骤五，将步骤一中所述chirp信号的调频率设置为2B/T；步骤六，基于修改调频率后的chirp信号重复步骤一至步骤四的过程，得到第二重构信号x2；步骤七，将所述第一重构信号x1和所述第二重构信号x2平均相加，利用最大峰值搜索方式得到重构信号的最大的多个峰值位置和能量取值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郇浩，时鹏飞，陶然，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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