[發明專利]基于目標信息分布模式的隨機采樣系統

有效

• 申請號: 201711202666.5
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108307267B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 姚萌;蘇勇飛;葉征宇
• 申請（專利權）人: 中科觀世（北京）科技有限公司
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于信息分布模式的隨機采樣系統。自適應地建立相似分布的隨機采樣點進行原始信號采集的系統。本系統由計算機、信號傳感器、信號采集模塊和FIFO模塊組成。當用Y分布模式采樣與奈奎斯特模式采樣時相同數據量的情況下，就能為我們提供比奈奎斯特采樣所獲得的更高的信號分辨率，便于從近場微波探測場景中分離出不同分布模式的原始信號；在仍然保持奈奎斯特較高采樣頻率所獲得的同樣信號分辨率的情況下，Y分布模式采樣的數據量能夠大大減少。

技術領域

本發明屬于信號檢測與信息獲取技術領域，特別涉及一種基于信息分布模式而建立的偽隨機采樣技術。

背景技術

采樣是將一個原始信號(即時間或空間上的連續函數)轉換成一個數值序列(即時間或空間上的離散函數)的方法。在相應時間采集原始信號數據的采集點我們稱為采樣點，樣本的采樣過程稱為樣本采樣，每一個采樣的信號數值稱為一個采樣樣本；兩個采樣點之間的時間空隙稱為采樣間隔；信號采樣的時間間隔很小，一般在毫秒和微秒的量級；采樣點的時間函數為x(t)，在采樣點采集的信號數據為信號電平，用電壓表示，通過模/數轉換，將模擬信號電壓值變成為數字信號電壓值——稱為采樣數值或樣本數值。

用采樣器對連續信號或離散信號采樣，能夠確定采樣頻率；采樣定理指出，如果信號是帶限的，并且采樣頻率f高于信號帶寬頻率F的兩倍，f＞2F，那么，原來的連續信號可以從采樣樣本中完全重建出來；當采樣頻率f低于原始信號中頻率F的兩倍時f≤2F，采樣后的頻率分量會導致混疊現象，混疊問題的嚴重程度與這些混疊頻率分量的相對強度有關。f-2F的數值越小，則混疊現象越嚴重。

實驗1：當前聲卡常用的采樣頻率f＝44.1KHz，每秒采集聲音樣本44.1千次，能夠充分還原原始信號的頻率是F＝22.05KHz以下的聲音頻率，采樣頻率f 越高，獲得的聲音文件質量越好，占用存儲空間也就越大。一首CD音質的歌曲會占去45M左右的存儲空間。

實驗2：當前對一段頻率進行采樣時，如果頻率點靠得較近時，例如：233.5Hz 和233.6Hz的兩個音頻信號混頻在一起，采用奈奎斯特分布采樣方法將這兩個頻率區分開來，采樣頻率就必須針對區分出0.1Hz的差別來計算，要讓233.6Hz 中的0.1Hz差別能夠區分開來就必須實現兩個頻率至少1Hz的差別，而且要使 1Hz差別區分開，必須當前的音頻信號采樣頻率必須大于≥233.6Hz×10× 2＝4672Hz；當我們用＜4672Hz的采樣頻率進行采樣時，結果就會產生混疊現象，兩個頻率就無法區分開。

舉例3：如果678.5Hz和678.6Hz的兩個音頻信號混頻在一起，采用奈奎斯特分布采樣方法將這兩個頻率區分開來，采樣頻率就必須≥678.6Hz×10× 2＝13570Hz；當我們用＜13570Hz的采樣頻率進行采樣時，結果也產生了混疊現象，就無法區分出這兩個頻率。

為了壓縮音頻信號的存儲空間，近年來，出現了替代奈奎斯特分布采樣定理的“壓縮采樣”理論。用隨機采樣來獲取信號的離散樣本，然后通過非線性重建算法重建信號，實現用不完全的數據集來重建連續頻率信號。以下兩種措施可避免混疊的發生：1)提高采樣頻率，使之達到最高信號頻率的兩倍以上； 2)引入低通濾波器或提高低通濾波器的統計參數；該低通濾波器通常稱為抗混疊濾波器。這兩種措施依然是建立在均勻采樣的基礎之上的。

最新發展的“壓縮采樣信號”理論，即CS理論依靠兩個準則：稀疏性和不連貫性。稀疏性：CS方法發現許多自然信號是十分稀疏并可壓縮的，當用適當的基礎特征函數Ψ表述時，他們就能有簡明的表達。不連貫性：延續了時間和頻率的二元性，并表明目標在基礎特征函數Ψ有一個稀少的特征并一定會在他們已得的范圍內擴展。這種壓縮采樣為加速斷層成像，模數轉換和數字攝影等一系列應用提供了的新方向。但是，在“壓縮采樣”理論的實踐中發現，“壓縮采樣”中的奈奎斯特分布采樣仍然會遵循采樣定理的規律出現“混疊”現象。

發明內容

本發明建立了一種基于目標信息分布模式，自適應地建立相似分布的隨機采樣點進行原始信號采集的系統。