多帶射頻信號的正交壓縮採樣研究

《多帶射頻信號的正交壓縮採樣研究》是依託南京理工大學，由陳勝垚擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多帶射頻信號的正交壓縮採樣研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳勝垚
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

多帶射頻信號通常由具有不同中心頻率的多個帶通信號疊加而成，被廣泛套用於數字通信、雷達和衛星導航等領域。基於傳統採樣理論，人們發展了多種多帶信號採樣方法，但採樣頻率均沒有突破Landau率的限制。本申請將正交採樣與壓縮採樣理論相結合，研究多帶射頻信號的壓縮採樣，建立多帶信號正交壓縮採樣理論，以期能夠以遠低於Landau率的採樣速率有效提取每個子帶的同相和正交支路信號。本申請基本思想是利用不同的調製通道對多帶信號每個子帶分別進行隨機調製，並根據帶通採樣和數字正交解調理論獲得正交壓縮採樣序列。每個子帶的同相和正交支路信號通過稀疏重構算法從正交壓縮採樣序列中獲取。本申請的研究內容包括多帶信號正交壓縮採樣架構、信號重構條件、子帶同相和正交支路信號提取方法和系統非理想性能分析等。預先研究表明本申請的思想是可行的。預計研究成果包括多帶信號正交壓縮採樣理論和子帶同相和正交支路信號重構條件與實時重構方法等。

結題摘要

本項目以多帶雷達為套用背景，研究了多帶正交壓縮採樣(MQCS)理論與壓縮域信號重構和參數估計方法。與現有的壓縮採樣理論不同，MQCS以多帶稀疏信號為採樣對象，直接輸出每個子帶的同相和正交支路信號的壓縮採樣。本項目建立了MQCS理論體系和基於MQCS數據的信號重構和參數估計方法，為MQCS在雷達中的套用奠定了基礎。本項目的主要成果如下： 1. MQCS理論框架。MQCS系統是正交壓縮採樣系統在多帶信號模型下的延伸，由亞Landau率採樣模組和多帶解調模組組成。通過設計適當的系統結構和參數，MQCS可對多帶信號的每個子帶獨立進行正交壓縮採樣，且每個子帶信號可獨立進行重構。項目從MQCS系統結構、系統參數設定條件、子帶信號可重構性分析和系統參數最佳化方法四個方面構建了一套完整的MQCS理論。 2. 子帶信號快速重構方法。項目在對MQCS特性分析的基礎上，將每個子帶的測量矩陣近似成帶狀結構矩陣，提出了一種分段滑動重構方法實現快速重構。項目提出的重構方法可極大地節省存儲空間和計算開銷。對於多個子帶照射同一個雷達場景的情況，項目利用不同子帶回波信號間的塊稀疏特性，提出了一種塊稀疏分段滑動重構方法，可有效提高重構性能。 3. 無格線化子帶信號重構方法。項目提出了兩種無格線化子帶信號重構算法——參數擾動帶排除貪婪重構算法（PBGR）和無格線化信號重構算法（GLSR）。PBGR在一般貪婪重構方法中採用參數擾動技術實現目標與最鄰近離散格線之間的時延偏差估計。GLSR則將回波時延估計轉變為一個具有時變波束形成矩陣的波束空間波達方向（DOA）估計問題，從而利用子空間方法實現無格線化的回波時延估計。 4. 壓縮域時延-都卜勒參數估計。項目提出了兩種壓縮域時延-都卜勒參數序列估計方法。通過將壓縮採樣脈衝都卜勒雷達回波中的目標根據時延/都卜勒頻移進行分組，項目將時延-都卜勒二維參數聯合估計問題轉化為兩個一維參數估計問題，並利用已有的基於子空間的DOA估計和壓縮域參數估計技術快速、有效地求解這些一維問題。