[發(fā)明專(zhuān)利]一種時(shí)間交錯(cuò)的多諧波信號(hào)欠采樣方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711434590.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108132383B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付寧;黃國(guó)興;曹杰;喬立巖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R23/16
• 分類(lèi)號(hào): G01R23/16;G01R23/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳昕

一種時(shí)間交錯(cuò)的多諧波信號(hào)欠采樣方法，涉及通信信號(hào)處理領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有對(duì)多諧波信號(hào)缺少一個(gè)穩(wěn)定的、樣本數(shù)少、易于實(shí)現(xiàn)的欠采樣方案的問(wèn)題。多諧波信號(hào)經(jīng)過(guò)分流后，分別進(jìn)入兩個(gè)時(shí)間交錯(cuò)的并行采樣通道，分別為主采樣通道和時(shí)間交錯(cuò)采樣通道，主采樣通道和時(shí)間交錯(cuò)采樣通道均以采樣率f_s對(duì)多諧波信號(hào)進(jìn)行均勻采樣，分別得到主采樣通道的采樣值和時(shí)間交錯(cuò)采樣通道的采樣值，f_s≤f_max，f_max為信號(hào)的最大頻率；從主采樣通道的采樣值中估計(jì)出頻率參數(shù)最小解和幅值參數(shù)；根據(jù)時(shí)間交錯(cuò)采樣通道的采樣值和頻率參數(shù)最小解利用參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法得到頻率參數(shù)估計(jì)值，從而以所述的頻率參數(shù)估計(jì)值實(shí)現(xiàn)對(duì)多諧波信號(hào)的采樣。它用于精確估計(jì)信號(hào)的幅值和頻率參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種時(shí)間交錯(cuò)的多諧波信號(hào)欠采樣方法。屬于通信信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多諧波信號(hào)是在音頻、通訊和電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的信號(hào)。根據(jù)奈奎斯特(Nyquist)采樣定理可知，為了從采樣樣本中完全重建模擬信號(hào)，采樣率必須大于或等于信號(hào)帶寬的兩倍。隨著多諧波信號(hào)帶寬的逐步增加，采樣設(shè)備的壓力也隨之增大。因而，Nyqiust采樣定理逐漸成為多諧波信號(hào)采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的瓶頸，制約著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展。

多諧波信號(hào)是一種可以由有限數(shù)量的參數(shù)來(lái)表征的信號(hào)，即頻率和幅值參數(shù)。對(duì)于一個(gè)由K個(gè)頻率成份組成的多諧波信號(hào)，可以表示為：

公式一

其中，f_k是信號(hào)的第k個(gè)頻率成份，c_k(c_k≠0,c_k∈￡)是對(duì)應(yīng)的信號(hào)復(fù)數(shù)幅值參數(shù)，T是信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。假設(shè)信號(hào)的最大頻率為f_max，即由于信號(hào)y(t)可以由一組頻率和幅值參數(shù)唯一確定，該信號(hào)在時(shí)間[0,T)內(nèi)的自由度為2K。

如果以f_s的采樣率對(duì)信號(hào)y(t)進(jìn)行均勻采樣，那么采集到的樣本可以表示為：

公式二

當(dāng)采樣率滿(mǎn)足Nyquist定理，即當(dāng)f_s≥f_max時(shí)，參數(shù)可以利用譜估計(jì)方法唯一確定。然而，當(dāng)采樣率不滿(mǎn)足Nyquist定理，即當(dāng)f_s≤f_max時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致頻率混疊問(wèn)題。根據(jù)三角函數(shù)的周期性，對(duì)于每一個(gè)估計(jì)的頻率參數(shù)我們能夠得到一組可能解：

公式三

其中，是滿(mǎn)足公式二的最小可能解。

為了解決多諧波信號(hào)欠Nyquist采樣導(dǎo)致的頻率混疊問(wèn)題，國(guó)外的Zoltowski等人提出了利用延時(shí)采樣來(lái)估計(jì)頻率的方法，然而在某些條件下，估計(jì)的頻率并不完全準(zhǔn)確。后來(lái)Venkataramani、bresler等人提出了多頻點(diǎn)信號(hào)的多速率異步欠采樣方案，但是這種方案由于信道數(shù)量的限制通常對(duì)頻率分量的數(shù)量也有一定的限制。基于壓縮感知理論的欠采樣方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的頻率估計(jì)，不過(guò)該方法中的隨機(jī)采樣很難在硬件中實(shí)現(xiàn)，而且估計(jì)的精度取決于頻率網(wǎng)格的密度，通常為了考慮計(jì)算的復(fù)雜度，網(wǎng)格密度都不高。國(guó)內(nèi)提出利用三個(gè)采樣通道互質(zhì)采樣的方法來(lái)解決頻率模糊，但是該方法需要大量的樣本。迄今為止，針對(duì)多諧波信號(hào)還沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的、樣本數(shù)少、易于實(shí)現(xiàn)的欠采樣方案，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單有效的欠采樣結(jié)構(gòu)十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有對(duì)多諧波信號(hào)缺少一個(gè)穩(wěn)定的、樣本數(shù)少、易于實(shí)現(xiàn)的欠采樣方案的問(wèn)題。現(xiàn)提供一種時(shí)間交錯(cuò)的多諧波信號(hào)欠采樣方法。

一種時(shí)間交錯(cuò)的多諧波信號(hào)欠采樣方法，所述方法包括以下步驟：