每个子带中的目标反射强度~均 被准确估计。图8(b)表明每个子带中目标反射导致的相移終也分别被准确估计出来。图 8(c)-(e)分别给出了每个子带的真实信号、重构信号和误差信号。为了节约空间，本实施 例仅给出了复基带信号的实部。由图可知，每个子带对应的复基带信号的重构误差非常小。 通过计算可知每个子带的RSNR 1分别为71. 35dB、70. 03dB和71. 14dB，即每个子带信号均被 均被准确重构。应当指出，本实施例中信号的重构误差是由算法数值计算引入的；从理论上 讲，不含噪声情况下多带信号正交压缩采样的信号重构误差为零。
[0153] (2)接收到的多带信号含有噪声时本发明正交压缩采样方法的性能。
[0154] 假定每个子带内目标的个数均为K1 = 10,每个子带的ISNR均为20dB。图9给出 了含有噪声时多带雷达回波信号不同子带的稀疏表示系数A和复基带信号&⑴的重构性 能。图9(a)为每个子带中目标反射强度重构性能；图9(b)为每个子带中目标反射导致的 相移重构性能；图9(c)为第一个子带的复基带信号重构性能；图9(d)为第二个子带的复 基带信号重构性能；图9(e)为第三个子带的复基带信号重构性能。由图9(a)可知，每个 子带中的目标反射强度存在一定的估计误差，但是目标位置均被准确估计出来，这在雷达 应用极其重要。图9(b)给出了相移咨的估计性能，可以看出，每个子带的相移都较为准确 地估计出来。图9(c)_(e)分别给出了每个子带的真实信号、重构信号和误差信号。由图可 知，每个子带对应的复基带信号的重构误差较小。通过计算可知每个子带的重构信噪比分 别为32. 92dB、31. 62dB和33. 44dB，也就是说，每个子带信号的信噪比经过信号重构后均有 较大幅度的提高。为了进一步揭示存在噪声时多带信号正交压缩采样方法的性能，表1给 出了不同ISNR对每个子带RSNR的影响（每个子带的ISNR相同）。可以看出，本发明多带 信号正交压缩采样方法的RSNR均高于ISNR，且信噪比的改善幅度均大于10dB。
[0155] 表1不同的ISNR时多带信号正交压缩采样后每个子带的RSNR
[0156]
【主权项】
1. 一种多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤101多带信号正交压缩采样：对多带信号进行正交压缩采样，获得低速复压缩测 量； 步骤102子带信号与正交压缩采样感知矩阵构建：对多带信号的稀疏先验信息和步骤 101所述的多带信号正交压缩采样过程进行数字建模，构建多带信号正交压缩采样对应的 感知矩阵； 步骤103子带信号同相和正交分量提取：使用稀疏信号重构方法，根据步骤101获得的 复压缩测量和步骤102构建的感知矩阵，重构子带信号的稀疏表示系数，获得每个子带对 应的复基带信号； 所述步骤101多带信号正交压缩采样包括步骤1011多路复用压缩采样和步骤1012正 交解调。2. 如权利要求1所述的多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，所述步骤1011多路 复用压缩采样的过程为：在L路调制通道上对多带信号x(t)的每个子带进行随机调制和带 通滤波预处理，获得预处理后的信号y(t)，并对信号y(t)进行带通采样获得带通采样信号 y[m]，L为多带信号x(t)中子带的个数，具体实现方式为： 1) 利用随机信号Pl(t)在第1路调制通道上对多带信号x(t)进行随机调制，获得调制 信号x(t)Pl (t)，且随机信号Pl (t)的带宽Bpl不小于子带信号ri (t)的带宽队； 2) 将调制信号x(t)Pl (t)通过带通滤波器匕(t)，获得第1路带通滤波信号yi (t)，所述 带通滤波器h(t)的中心频率fhl和带宽Bhl之间满足公式（1)所示的关系，3) 将全部每一路带通滤波信号yi(t)相加，获得叠加信号4) 将叠加信号y(t)以带通采样速率匕进行带通采样，获得带通采样信号y[m]，所述 带通采样速率匕满足公式（2)所示关系，(2)。3. 如权利要求2所述的多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，所述步骤1012正交 解调过程为：对带通采样信号y[m]进行正交变换处理，获得复压缩测量Fs[m]，具体方式 为： 令％输入多带信号的复压缩测量，对带通采样信号y[m]进 行Hilbert变换，获得复压缩测量产[w]的虚部，从而得到复压缩测量4. 如权利要求3所述的多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，所述步骤102构建的 多带信号正交压缩采样对应的感知矩阵如公式（3)所示， 你= [A;，M;，…，把] (3) 公式（3)中，鲂丨=A,鲂,为第1个子带信号对应的子感知矩阵，心为对角元素为 &+2_/6;/_/；的对角矩阵，矩阵砵中的元素分厂如公式⑷所示，公式⑷中，W⑴是第1个子带信号稀疏表示字典电⑴=[€⑴,€〇),...,<〇)]中的 第n个原子。5. 如权利要求2所述的多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，所述步骤1011多路 复用压缩采样过程中，将叠加信号y(t)以带通采样速率fs进行带通采样获得带通采样信 号y[m]时，所述带通采样速率fs对于所有的带通滤波器均同时满足公式（5)所示关系， fhl = (4i1+l)fs/4 (5) 公式（5)中，h是正整数； 所述步骤1012数字正交解调获得复压缩测量Ps[m]的具体过程为： 用余弦序列2cos(m：n/2)和正弦序列-2sin(m：n/2)分别对带通采样信号y[m]进行数 字调制，然后将调制信号2cos(mJr/2)y[m]和-2sin(mJr/2)y[m]分别通过一个截止频率为 n/2的数字低通滤波器hlp[m]，并对滤波器的输出信号分别进行两倍降采样，得到同相压 缩分量rs[m]和正交压缩分量(T[m]，从而获得复压缩测量= /"[?] +; 所述步骤102构建的感知矩阵如公式（6)所示， M,-[M1,M2,...,MJ (6)。6. 如权利要求2所述的多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，将伪随机序列发生 器产生的信号序列Ql(t)通过低通滤波器后输出所需的随机信号Pl(t)，信号序列^⑴= aH，iTq <t< (i+1)Tq，其中aH是/[目号序列qi⑴的码兀，aHe{-1，1}，Tq为每个码兀的 时宽，Tq < 1/Bpl，i是码兀的序号。7. 如权利要求1所述的多带信号正交压缩采样方法，其特征在于，所述步骤103子带信 号同相和正交分量提取过程中，通过求解如公式（7)所述的凸优化问题得到多带信号的稀 疏表示系数d，然后根据字典$(0分别获得每个子带对应的复基带信号^；(0，(7)。8. -种实现如权利要求1所述多带信号正交压缩采样方法的系统，其特征在于，包括 多路复用压缩采样模块201、正交解调模块202、感知矩阵构建模块203、基带信号提取模块 204 ； 所述多路复用压缩采样模块201用于随机化多带信号的每个子带和带通采样随机调 制与带通滤波预处理后的多带信号，获得带通采样信号； 所述正交解调模块202对多路复用压缩采样模块201输出的带通采样信号进行正交解 调，提取同相和正交压缩分量，获得复压缩测量； 所述感知矩阵构建模块203根据子带信号稀疏先验信息与多路复用压缩采样模块201 的结构信息，构建基带信号提取时所需的感知矩阵； 所述基带信号提取模块204使用稀疏重构算法，提取每个子带对应的复基带信号。9. 如权利要求8所述的多带信号正交压缩采样系统，其特征在于，多路复用压缩采样 模块201采用模拟电路实现，正交解调模块202、感知矩阵构建模块203和基带信号提取模 块204在数字信号处理器中通过软件编程实现。10. 如权利要求9所述的多带信号正交压缩采样系统，其特征在于，所述多路复用压缩 采样模块201由随机信号发生器、混频器、带通滤波器、累加器和模数转换器组成；随机信 号发生器产生的随机信号与多带信号分别输入到混频器中；混频器使用随机信号对多带信 号进行随机调制获得调制信号，然后将调制信号输入到带通滤波器中；带通滤波器对调制 信号进行带通滤波，将滤波后的调制信号输入到累加器；累加器对各路滤波后的调制信号 进行叠加，然后将叠加信号输入到模数转换器；模数转换器对叠加信号进行采样，获得带通 采样信号。
【专利摘要】本发明提供一种多带信号正交压缩采样方法及系统。多带信号正交压缩采样，用于压缩采样多带信号以获取低速复压缩测量；子带信号与正交压缩采样感知矩阵构造，用于构造子带信号提取时所需的感知矩阵；子带信号同相和正交分量提取，用于提取每个子带对应的复基带信号；多带信号正交压缩采样包括多路复用压缩采样和正交解调。本发明方法及系统能够实现低于Landau率的多带信号采样速率，还能够直接提取出每个子带信号对应的同相和正交分量。
【IPC分类】H03M7/30
【公开号】CN105099461
【申请号】CN201410206629
【发明人】刘中, 陈胜垚, 席峰
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月15日