[發明專利]一種寬帶陣列天線壓縮采樣方法及裝置

有效

• 申請號: 201410428286.3
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104218954B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 易舟維
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: H03M7/40
• 分類號: H03M7/40
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于天線陣列信號處理技術領域和壓縮感知技術領域，具體為一種寬帶陣列天線壓縮采樣方法及裝置。

背景技術

如果需要無失真地恢復模擬信號，根據Nyquist定理，采樣率不能低于信號帶寬的兩倍。隨著技術發展，模擬信號的帶寬急劇增加，而隨之增加的Nyquist采樣率為模數轉換器帶來了巨大的壓力。而壓縮感知理論為我們突破Nyquist定理限制，以遠低于Nyquist頻率的采樣率進行采樣提供了理論基礎。該理論指出，如果信號在某一個空間中具有稀疏性，這可以通過線性變化將信號變換到低維空間中，并且可以根據變換后的低維信號，無失真的恢復出原信號。

壓縮感知理論是建立在數字信號的基礎上的，無法直接應用于擁有無限維度的模擬信號。針對該問題，目前的研究提出了兩種重要的解決方法。第一種是模擬信息轉換器，該方法將模擬信號看作為多個單音信號的疊加。該方法在模擬部分使用隨機調制，使信號的頻譜分量在基帶混疊，然后使用亞Nyquist率進行采樣。要較好的逼近真實的模擬信號，需要數量較大的單頻信號，這導致計算量較大。第二種是寬帶調制轉換器，該方法用分段連續函數在頻域對模擬信號進行建模，而非使用多個單頻信號。該方法使用并行結構，由若干組隨機調制器，低通濾波器和低速率模數轉換器組成。

目前的這兩種方法都是針對單個寬帶模擬信號的壓縮感知。在陣列天線領域，信號有其獨特的空頻聯合稀疏特性，若將以上的兩種方法直接應用，將無法充分利用寬帶陣列信號的稀疏特性。

發明內容

針對陣列寬帶信號的壓縮采樣的研究空白，本發明利用陣列寬帶信號在頻域和空域的稀疏特性，采用壓縮采樣結果，有效的降低信號采樣率，并提出相應的信號恢復算法，完成信號的無失真恢復。

本發明的技術方案為：

所述一種寬帶陣列天線壓縮采樣方法，其特征在于：采用以下步驟：

步驟1：將陣列天線中每個陣元接收的信號經過調理后分為兩路，一路信號與周期寬帶模擬信號進行信號乘法運算后得到寬帶調制信號，另一路信號與延遲后的周期寬帶模擬信號進行信號乘法運算后得到延遲寬帶調制信號；寬帶調制信號以及延遲寬帶調制信號分別經過低通濾波和模數轉換后得到數字采樣信號和延遲數字采樣信號；所有陣元輸出的數字采樣信號形成第一個虛擬天線線陣輸出信號，所有陣元輸出的延遲數字采樣信號形成第二個虛擬天線線陣輸出信號；所述周期寬帶模擬信號的帶寬大于陣列天線采樣信號的帶寬，周期寬帶模擬信號的延遲量沿陣元序列依次為t/(N+X),2*t/(N+X),3*t/(N+X),…,N*t/(N+X)，t為周期寬帶模擬信號的周期，N為陣列天線中的陣元個數，X為不小于2的整數；

步驟2：對第一個虛擬天線線陣輸出信號和第二個虛擬天線線陣輸出信號，采用L陣測向得到陣列天線接收信號在空域和頻域的分布狀況，進一步采用波束形成算法得到空間各方向各頻段的信號輸出。

所述一種寬帶陣列天線壓縮采樣裝置，其特征在于：包含模擬部分和數字處理部分，模擬部分分為若干組寬帶調制器，每組寬帶調制器，由寬帶周期信號生成器，模擬乘法器，低通濾波器和模數轉換器組成；陣列天線中每個陣元后接兩組寬帶調制器，每個陣元接收到的信號經過調理后分為兩路；一路信號進入一組寬帶調制器后，與該組寬帶調制器中寬帶周期信號生成器生成的周期寬帶模擬信號一起輸入模擬乘法器，由模擬乘法器輸出寬帶調制信號，寬帶調制信號經過低通濾波器，得到可采樣的低頻信號，低通濾波器輸出低頻信號經過低速模數轉換器，得到數字采樣信號；另一路信號進入另一組寬帶調制器后，與該組寬帶調制器中寬帶周期信號生成器生成的經過延遲的周期寬帶模擬信號一起輸入模擬乘法器，由模擬乘法器輸出延遲寬帶調制信號，延遲寬帶調制信號經過低通濾波器，得到可采樣的延遲低頻信號，低通濾波器輸出延遲低頻信號經過低速模數轉換器，得到延遲數字采樣信號；所述周期寬帶模擬信號的帶寬大于陣列天線采樣信號的帶寬，周期寬帶模擬信號的延遲量沿陣元序列依次為t/(N+X),2*t/(N+X),3*t/(N+X),…,N*t/(N+X)，t為周期寬帶模擬信號的周期，N為陣列天線中的陣元個數，X為不小于2的整數；所有陣元輸出的數字采樣信號形成第一個虛擬天線線陣輸出信號，所有陣元輸出的延遲數字采樣信號形成第二個虛擬天線線陣輸出信號；第一個虛擬天線線陣輸出信號和第二個虛擬天線線陣輸出信號輸出數字處理部分，采用L陣測向得到陣列天線接收信號在空域和頻域的分布狀況，進一步采用波束形成算法得到空間各方向各頻段的信號輸出。

有益效果