稀疏信号欠Nyquist采样与重构研究现状分析

传统的信号采样理论要求采样频率需高于Nyquist频率(信号最高频率)的两倍,给射频及超宽带领域的信号采样、存储和传输造成巨大压力。近年来针对可以进行稀疏表示的信号,欠Nyquist采样技术取得了很大的发展,大大降低了精确重构原始信号所需的采样率。综述性地归纳了目前可以进行欠Nyquist采样的信号模型,将出现的各种欠Nyquist采样总结为一个基本模型,并针对频域稀疏和时域稀疏信号分别对采样模型及原理进行了阐述,分析了采样信号的子空间探测和重建方法,讨论了稀疏信号欠Nyquist采样与重构的实现与应用现状,并对研究前景进行了展望。     

异步采样有功功率表

介绍了一种以异步采样方式工作的有功功率数字表。与同步采样方式不同，这里采样频率不必满足同步采样条件，而只须根据Nyquist定理和被测信号中的谐波次数来确定。工作中该表对一个周波进行多点采样，然后根据改进的有功功率计算式算出该周波的有功功率值。该表能对被测信号的每个周波的有功功率进行测量，测量过程简单，且响应十分快速。     

幅度调制波信号的欠采样方法研究

本文对几种幅度调制波信号的欠采样频率的选择方法及恢复方法进行了研究。这种方法可直接得到原信号而不需要解调电路,是欠采样方法应用的实例。     

超高频周期信号的欠采样检测原理研究

本文在文的基础上,作为欠采样问题研究的应用的一个实例,研究了同期信号的欠采样问题,其中包括“被恢复的信号的步进（步退）采样频率的选取范围,选取方法,最高恢复频率,恢复精度等,仿真结果验证了本文内容的有效性。     

线性调频信号参数估计和仿真研究

研究信号处理精度问题,为提高线性调频(LFM)信号参数的估计精度,提出一种广义稳健中国剩余定理(GRCRT)和解线性调频的无模糊估计算法.利用两路欠采样LFM信号和相同时延信号共轭棚乘后输出的单频特性,使用FFT和GRCRT估计LFM信号的调制斜率.根据调制斜率合成两路无载频LFM信号对两路欠采样LFM信号解线调处理,利用类似的方法实现LFM信号初始频率的无模糊估计.新方法由于GRCRT在霞构被估计整数时精度高的特性和能够有效指导仿真参数的选取,克服了传统余数定理(CRT)估计精度低的缺陷.计算机仿真表明算法可保证信号的有效精度和稳健性.     

FSK信号检测方法的研究

为了在线检测移频轨道电路信号参数,提出对FSK信号采用欠采样的FFT算法,利用变换后FSK信号的幅频关系,求出原始信号的载频和低频信息。由于采样和加窗截短导致频谱泄漏,无法准确求解出信号的频偏和幅值,同时辅助以Hilbert变换求出FSK信号的幅值和频偏。利用MATLAB的数据分析能力,分析了该方法所达到的频率分辨率和精度。仿真结果证明,此方法准确可靠,并且易于实现,优于目前铁路中所用的检测方法,可以很好地运用到工程实践中去。     

一种轨道移频信号解调的新方法

对铁路轨道移频信号的频谱进行了分析,根据其频谱特点,提出了基于欠采样的FFT检测方法,并给出了计算原始频谱和上下边频的新方法,分析了采样频率的选取以及欠采样前后信号频谱之间的关系,同时对频率分辨率和精度进行了研究。此方法简单易行,具有很高的工程实用价值。     

脉冲电磁场激励电流信号的分析和研究

文章介绍了脉冲电磁场电流信号测控技术中的两个关键部分：信号采样分析和幅值输出控制的方法。在对方波频谱进行数学分析的基础上，结合硬件条件选择恢复波形的采样频率。通过对采样点的处理，给出了计算方波幅值和频率的方法。为了克服感抗与电流频率之间的耦合，利用反馈的方式对电流幅值进行控制。实验证明，以上方法能够达到较高的精度和有效的控制。     

WDFT中弯折参数对弯折效果的仿真研究

在信号的研究中,弯折离散傅立叶变换(WDFT)在信号处理领域有着特殊的应用,弯折参数的选取对频率弯折效果有很大的影响.为了研究弯折参数对频率弯折优化效果,采用参数的选取就能准确预测出频率采样点的分布情况,从频率采样点间距和采样点分布概率两个方面,定量分析了一阶WDFT中弯折参数的幅值、相位的选取对弯折效果,并进行仿真.结果表明参数的相位决定了频率采样点集中的频域,而参数幅值则直接关系到采样点的集中程度.通过仿真结果证明理论研究结果的正确性和利用WDFT作信号分析具有较大的应用价值.     

基于梯形函数逼近的光栅数字细分算法

基于光栅信号和梯形函数各自的特点,提出了一种新的光栅信号数字细分算法.该算法采用A/D转换器分别对两路光栅信号进行两次采样,并根据采样值所在的区间,选择合适的梯形函数公式得到两个采样点之间的拟合曲线,从而计算出这两个采样点间的相位差,最终达到对光栅信号细分的目的.实际应用表明,该算法计算过程简单,并达到了较好的细分效果.     

基于多路欠采样的多分量LFM信号参数估计

针对多分量线性调频(Linear frequency modulated,LFM)信号,提出了一种基于多路欠采样的参数估计方法。采样过程由多个采样速率相同、采样时刻不同的模数转换器实现,总采样率可以低于信号的奈奎斯特采样率。基于欠采样序列乘积型模糊函数的单频特性,可以通过峰值检测实现调频斜率的估计。根据估计出的调频斜率对各路欠采样序列进行解线调处理,可得到多频正弦信号。结合矩保持问题的求解方法以及对超定方程组的求解,可以根据解线调后的各路序列估计出原始LFM信号各分量的初始频率。本文方法能够根据亚奈奎斯特采样样本实现LFM信号的参数估计,并且运算简单、易于实现。仿真实验验证了其有效性和准确性。     

基于延时互相关的正弦信号频率估计方法

为提高非整周期采样信号的频率估计精度,提出一种基于延时互相关的正弦信号频率估计方法。首先,截取一段采样信号及其等长度延时信号;其次,对2段信号做互相关运算,并构建不包含误差项的误差校正信号;然后,对误差校正信号进行频率粗估计,并生成参考信号;最后,根据柯西-施瓦兹不等式构造误差函数,通过最小化误差函数得到频率精估计值。仿真实验结果表明：该方法能有效降低非整周期采样的影响,提高频率估计精度,其估计精度优于同等条件下基于自相关的频率估计方法,使得频率估计值的均方误差更接近克拉美罗下限。     

Sub-Nyquist sampling-based wideband spectrum sensing: a compressed power spectrum estimation approach

In this paper, we introduce a sub-Nyquist sampling-based receiver architecture and method for wideband spectrum sensing. Instead of recovering the original wideband analog signal, the proposed method aims to directly reconstruct the power spectrum of the wideband analog signal from sub-Nyquist samples. Note that power spectrum alone is sufficient for wideband spectrum sensing. Since only the covariance matrix of the wideband signal is needed, the proposed method, unlike compressed sensing-based methods, does not need to impose any sparsity requirement on the frequency domain. The proposed method is based on a multi-coset sampling architecture. By exploiting the inherent sampling structure, a fast compressed power spectrum estimation method whose primary computational task consists of fast Fourier transform (FFT) is proposed. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed method.     

基于压缩感知和宽带调制的统一测控信号处理仿真

针对测控信号处理中,在可用频谱上分布着多种频分下行信号的场景,分别利用标准测控信号和扩频测控信号在频域上的绝对稀疏性和相对稀疏性,提出了一种基于压缩感知和宽带调制的低速采样方案.首先通过多通道调制得到低速的采样序列,而为了克服现有信号重构算法重构精度较差的缺点,利用阈值迭代方法从采样序列中重构出原信号,最后对重构后的信号进行解调/解扩处理并进行误码率分析.仿真结果表明,新方案能够在低采样率的条件下获得很好的性能.     

复杂电磁环境中的常规通信信号的实时分选

为了能够从复杂电磁环境中提取常规通信信号的有效参数,研究了一种基于单天线接收的常规通信信号的实时分选方法。该方法由窄带信号检测、参数估计、信号跟踪三部分组成。提出了一种适用于高斯色噪声背景的窄带信号检测与参数估计的方法,给出了一种能够实时跟踪常规通信信号的算法。仿真结果表明,当信噪比高于0 dB时,窄带信号检测方法的正确率为92%以上,分选算法能够从复杂电磁环境中提取常规通信信号的有效参数,具有一定的工程实用价值。     

基于调制宽带转换器的低频射电天文信号采集电路设计及实现

针对射电天文信号观测中传统的信号采集电路存储数据需较大的存储空间的问题,提出一种基于调制宽带转换器（MWC）的低频射电天文信号采集的硬件电路设计方法。首先,将观测信号与4路伪随机周期信号相乘后分为4路,并将这4路信号分别进行二阶巴特沃兹低通滤波器滤波;然后,对4路滤波后的信号进行采样,数据传输至现场可编程门阵列（FPGA）中进行存储;最后,用正交匹配追踪（OMP）算法进行信号重构。理论分析和实验测试结果表明,重构信号与观测信号的均方误差为1.27×10^-2,数据存储空间压缩率为20%,该硬件电路设计方法降低了电路设计成本,也释放了存储空间。     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

分布式MIMO-OFDM信号多频偏多信道联合盲估计

针对多径衰落信道下分布式多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中频偏信道联合盲估计难的问题,提出了一种有效的多频偏多信道联合盲估计方法。该算法利用盲解卷积分离算法接收信号的同时得到有频偏影响的多个信道,对分离后的多个信号进行逐个频偏估计,补偿整体信道并去除信道模糊度,得到有效的信道估计值。仿真结果表明,与基于导频的频偏信道估计方法相比,所提算法可在5 dB获得1e-6的频偏估计精度,在15 dB左右获得1e-2的信道估计精度,实现了分布式MIMO-OFDM信号的多频偏多信道联合盲估计。     

智能宽带信号检测系统

为了能够准确的测量信号的参数,设计了一种宽带交直流信号检测系统,该系统的控制芯片采用的是STC12C5A32S2单片机.首先,信号采集电路采集到的信号经交直流测量电路进行处理;然后,通过分压和自动增益放大电路等处理后,在频率和相位检测电路中测量信号的频率和相位;最后,在液晶显示器上显示待测信号的幅度、相位和频率等信息.在实验中,测量了频率为0-20KHz的不同幅度信号,实验结果表明,在低频情况下测量误差可以忽略,在高频信号测量时的测量误差小于1%.     

煤矿机械振动信号预测研究

根据煤矿机械振动信号高低频组成成分变化规律的差异,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和支持向量机(SVM)的煤矿机械振动信号组合预测方法。将滚动轴承振动信号进行EMD分解,得到相对平稳的本征模态函数(IMF)分量,并将波动程度相近的IMF分量进行重构,得到高频子序列和低频子序列,采用SVM分别对高频子序列和低频子序列进行预测,将2个预测结果叠加,得到最终预测值。选取轴承实验数据对组合预测方法的有效性进行验证,结果表明该方法的均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差均小于直接预测方法。将该组合预测方法应用于某选煤厂主井带式输送机滚动轴承状况预测,预测结果与实际情况相符。