《正交壓縮採樣理論與實踐》是依託南京理工大學，由劉中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：正交壓縮採樣理論與實踐
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉中
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前發展的模擬信號壓縮採樣主要以低通類稀疏信號為研究對象，主要研究信號的壓縮測量和信號重構。本申請開展帶限中頻信號的正交(I/Q)支路信號的壓縮採樣研究，將正交採樣與壓縮採樣理論相結合，建立帶限中頻信號正交壓縮採樣理論，研究稀疏基帶信號測量模型和相應的信號重構方法及原理實現系統。本申請研究內容主要包括正交壓縮採樣測量原理、I/Q支路信號重構方法、I/Q支路信號實時重構辦法和實現技術等。預先研究表明，本申請思想是可行的，可採用遠低於中頻採樣速率實現帶限中頻信號的壓縮採樣，並實現I/Q支路信號的重構。預計研究成果包括正交壓縮採樣理論架構、I/Q支路信號實時重構方法、正交壓縮採樣原理實驗系統，培養博士生3名等。本項目研究還將開展有關基於正交壓縮採樣在雷達中的套用研究。
結題摘要
本項目以脈衝都卜勒（PD）雷達為套用背景，研究了正交壓縮採樣(QuadCS)理論與壓縮域的PD處理。QuadCS與其它壓縮採樣理論不同，以帶通型信號為採樣對象，直接輸出帶通信號的同相和正交支路信號的壓縮採樣。項目建立了QuadCS理論體系及基於QuadCS數據的PD處理。項目取得的主要成果如下： 1. QuadCS理論與系統實現。QuadCS架構於正交採樣和壓縮採樣，由低速採樣模組和正交解調模組組成。低速採樣通過隨機擴頻和帶通濾波實現帶通信號的隨機投影，正交解調通過數字正交解調獲得低速正交壓縮測量。信號重構利用稀疏重構方法恢復出帶通信號的基帶復包絡或同相和正交支路信號。項目採用分立元件構建了一個實驗系統，驗證了QuadCS的正確性和可用性。 2. QuadCS的可重構條件分析。項目首先根據QuadCS原理，推導出等效測量矩陣的頻域描述形式；然後，利用波形匹配字典的列正交性和測度集中不等式技術，嚴格證明了頻域測量矩陣的RIP特性；最後，推導出了QuadCS採樣速率與回波信號稀疏度和時間頻寬積之間的關係。 3. 信號快速重構方法。項目在對QuadCS特性分析的基礎上，將測量矩陣近似成特殊結構的帶狀矩陣，採用分段滑動重構思想實現實時重構。項目提出的重構方法可極大地節省存儲空間和計算時間，實現近似最優的重構性能。 4. 字典失配QuadCS。項目提出了字典失配情況下目標回波重構算法——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算法在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。 5. 壓縮域處理方法。項目將PD雷達QuadCS數據描述成慢採樣和虛擬快採樣的矩陣形式；採用譜分析的方法實現都卜勒估計，同時進行目標檢測；對檢測的目標，通過稀疏重構方法估計目標的距離。理論分析了目標檢測性能。 6. 壓縮域抗轉髮式干擾技術。項目將PD波形分集雷達的QuadCS數據首先進行白化處理，用以抑制轉髮式干擾；然後在相干處理間隔內，根據正交匹配追蹤算法原理，對欠採樣數據依次進行匹配濾波和離散傅立葉變換處理，採用疊代方式估計目標參數。理論分析了白化處理對干擾的抑制性能。
