[發明專利]基于壓縮感知的信號恢復方法及裝置

在審

• 申請號: 201610252449.6
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105763202A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 陽志明;張志;劉川;孟博超;陳國杰;呂學剛;賈軍帥;夏冬玉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍裝備研究院偵察情報裝備研究所
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30;H03M7/40
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，特別涉及一種基于壓縮感知的信號恢復方法及裝置。

背景技術

當今，信號偵察幾乎都建立在星上數字信號處理基礎上，信號的模數轉換(Analog-to-DigitalConversion,ADC)過程成為信號偵察的核心。因此高效的采樣和恢復方法對于信號偵察至關重要，同時具有廣闊的工程應用價值。

幾乎所有ADC器件的設計都基于Nyquist-Shannon采樣定理，即帶寬為BHz的實信號，在采樣率至少為2Bsps的均勻采樣下，信號能夠被精確恢復。ADC器件的采樣率越高，精度(比特數)越低，且預期每增加1.5比特的精度(對所有的采樣率而言)，需要8年的發展時間，這種發展速度滿足不了相關領域的需求。對于高頻段(如Ka或更高)寬帶衛星信號而言，其最高頻率已遠遠超出了現有ADC器件所能達到的采樣率。因此，在超短波(甚至更高頻段)全頻段信號偵察應用中，ADC遇到了嚴重的瓶頸問題，例如極高采樣率采樣。

對于上述ADC的采樣率瓶頸問題，目前在工程實踐中采取如下兩種方法來應對：第一，采用多種結構進行ADC設計，如FlashADC、時間交織ADC結構等，這在一定程度上獲得較高的采樣率，但也帶來很多問題，如FlashADC的精度很難提高，因為其復雜度與精度呈指數增長關系。第二，采用變頻方法，即不直接對寬帶輸入信號進行采樣，而是將信號頻譜搬移到低中頻或零中頻上，然后選用現有的ADC器件進行采樣。但該方法不僅會額外增加硬件設備，給系統的體積、重量和功耗等帶來負擔，而且需要確切知道輸入信號的載頻。因此在不能得到載頻任何信息的場景下，如寬帶無線電偵察、電子戰等，該方法不能使用。

以上兩種方法都在Nyquist-Shannon采樣定理的約束范圍內。它們雖然一定程度地解決了一些工程實際問題，但給后續的數字信號處理單元帶來了巨大壓力。當信號帶寬非常大時，如超寬帶信號等，目前的ADC器件難以完成信號的模數轉換。因此，尋找并提出高效地采樣和恢復方法，對于超短波全頻段信號處理，具有非常重要的理論指導意義和工程實用價值。

發明內容

鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于壓縮感知的信號恢復方法及裝置。

依據本發明的一個方面，提供了一種基于壓縮感知的信號恢復方法，所述方法包括：

對滿足稀疏性的衛星上行連續時間信號進行次奈奎斯特采樣，以獲得采樣觀測數據；

基于所述次奈奎斯特采樣的采樣方式確定采樣矩陣；

根據所述采樣矩陣利用壓縮感知理論從所述采樣觀測數據中恢復出原始信號。

可選地，所述次奈奎斯特采樣的采樣方式為多陪集采樣；

相應地，所述對滿足稀疏性的衛星上行連續時間信號進行次奈奎斯特采樣，以獲得采樣觀測數據，進一步包括：

對滿足稀疏性的衛星上行連續時間信號按照預設時間周期T進行奈奎斯特采樣，以獲得離散數據；

對所述離散數據進行多陪集采樣，以獲得所述采樣觀察數據。

可選地，所述采樣矩陣A中的第i行第k列的元素A_ik通過下式確定，

Aik=1LTexp(j2πLcik)]]>

其中，L為多陪集采樣分組時的數組長度，c_i為常數集合C中的第i個參數，所述參數用于反映其在所述常數集合C中的位置。

可選地，所述根據所述采樣矩陣利用壓縮感知理論從所述采樣觀測數據中恢復出原始信號，進一步包括：

A101：利用正交性，通過下式尋找最優的指標λ_v，