[发明专利]基于轮廓预提取的直接信息采样系统及其方法

权利要求书

1.基于轮廓预提取的直接信息采样系统，包括相互连接的采集模块(10)和重构模块(20)以及传输存储模块(30)，其特征在于：其中采集模块(10)内包括轮廓提取LPF(11)，该滤波器与低速ADC(12)和减法器(17)相连，减法器(17)和AIC(18)相连，低速ADC(12)和AIC(18)均连接至编码器(13)；重构模块(20)内包括解码器(24)，该解码器输出至内插滤波器(23)和APOMP重构单元(25)，内插滤波器(23)和APOMP重构单元(25)均连接至加法器(22)，加法器连接至DAC(21)；采集模块(10)和重构模块(20)通过传输存储模块(30)连接。

2.根据权利要求1所述的基于轮廓预提取的直接信息采样系统，其特征在于：所述编码器(13)和解码器(24)相适配。

3.根据权利要求1所述的基于轮廓预提取的直接信息采样系统，其特征在于：AIC(18)中包括乘法器(16)，该乘法器和积分器(15)连接，积分器(15)与低速ADC(14)连接。

4.基于轮廓预提取的直接信息采样方法，其特征在于：原始信号x(t)首先输入采集模块(10)中的轮廓提取LPF(11)，得到信号的轮廓a(t)，然后经由低速ADC(12)数字化为轮廓信息序列a[n]，序列中的元素即信号的轮廓点；同时，原始信号x(t)输入减法器(17)与轮廓相减得到信号细节d(t)，这些细节则通过AIC(18)，得到细节观测值序列d[m]，再将轮廓信息序列a[n]和细节观测值序列d[m]编码，即完成信号采集过程；编码后的比特流经过传输存储模块(30)到达重构模块(20)，通过解码器(24)解出轮廓信息序列a[n]和细节观测值序列d[m]，细节观测值序列d[m]直接送入APOMP重构单元(25)重构出细节信息在加法器(22)叠加轮廓信息后并经过DAC(21)即得到恢复的信号由于在采集端，轮廓信息序列是被低速采集的，故需经过内插滤波器(23)与细节信息速率匹配。

5.根据权利要求4所述的基于轮廓预提取的直接信息采样方法，其特征在于：轮廓提取LPF(11)是一个低通滤波器，其截止频率f_stop(Hz)在区间[0，N/2]内取值，其中N为原输入信号x(t)Nyquist频率的2倍。

6.根据权利要求4所述的基于轮廓预提取的直接信息采样方法，其特征在于：所述低速ADC(12)采样频率为2f_stop，即以常规模式、不压缩地采集轮廓信息。

7.根据权利要求4所述的基于轮廓预提取的直接信息采样方法，其特征在于：所述AIC(18)中信号细节d(t)先经过乘法器(16)被一个NHz的伪随机最大长度PN序列p_c(t)解调，其取值为±1；接着对解调后的信号进行低通滤波，这里的低通滤波简化为一个积分过程，由积分器(15)完成1/Ms时间内解调信号的累加；解调的目的在于扩展频谱以保证低通滤波后信息的完整性；最后利用ADC(14)以速率MHz进行采样、量化后得到细节观测值序列d[m]，这里M为观测速率。

8.根据权利要求4所述的基于轮廓预提取的直接信息采样方法，其特征在于：所述内插滤波器(23)按有理因子I/D采样率转换的相关结论设计，内插因子与抽取因子之比I/D设为N₀/2f_stopT_s，其中N₀表示重构信号段长度，持续时间为T_s，此时信号细节信息的采样率为N₀/T_s，内插滤波器(23)将采样率为2f_stop的轮廓信息a[n]转换为采样率与细节信息一致的a[k]。

9.根据权利要求4所述的基于轮廓预提取的直接信息采样方法，其特征在于：所述APOMP重构具体包括以下步骤：

步骤100自适应分段(外迭代)包含：

步骤101信号有效性判断，预读轮廓信息序列a[n]，逐轮廓点计算相对上一轮廓点变化值Δ，判断当前轮廓采样点幅值是否不大于ε_a且|Δ|≤2ε_a，是则直接忽略，否则读取、存储细节信息观测值d[m](可记为d)，ε_a依据实际噪声水平设置；

步骤102初始化，当停止读取，划分段落，第j段内细节信息观测值记作d_j；本段细节序列及其中信息估计的初始值为零矢量初始残差r₀＝d_j，迭代索引i＝0恢复矩阵索引集以N₀表示重构信号段长度；

步骡200细节信息恢复(内迭代)包含：

步骤201相关投影，其中λ为投影矢量的索引，最大值为第λ_p个元素，Λ＝Λ∪{λ_p}；Φ_Λ由索引集Λ中元素指定Φ中列构成；

步骤202细节估计，其中代表第i次内迭代时对的估计值，其中代表第i次内迭代时对的估计值，代表Φ_Λ的Moore-Penrose逆；

步骤203更新残差，若||r_i||≤ε_r，则终止迭代，否则返回步骤201，ε_r＝0对应无噪重构情况，有噪声干扰时ε_r设为噪声能量；

步骤204更新段，由得到细节信号的恢复值并输出，j＝j+1；返回步骤102进行下一段重构直至全部结束。