[发明专利]基于压缩感知的信号恢复方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种基于压缩感知的信号恢复方法及装置。

背景技术

当今，信号侦察几乎都建立在星上数字信号处理基础上，信号的模数转换(Analog-to-DigitalConversion,ADC)过程成为信号侦察的核心。因此高效的采样和恢复方法对于信号侦察至关重要，同时具有广阔的工程应用价值。

几乎所有ADC器件的设计都基于Nyquist-Shannon采样定理，即带宽为BHz的实信号，在采样率至少为2Bsps的均匀采样下，信号能够被精确恢复。ADC器件的采样率越高，精度(比特数)越低，且预期每增加1.5比特的精度(对所有的采样率而言)，需要8年的发展时间，这种发展速度满足不了相关领域的需求。对于高频段(如Ka或更高)宽带卫星信号而言，其最高频率已远远超出了现有ADC器件所能达到的采样率。因此，在超短波(甚至更高频段)全频段信号侦察应用中，ADC遇到了严重的瓶颈问题，例如极高采样率采样。

对于上述ADC的采样率瓶颈问题，目前在工程实践中采取如下两种方法来应对：第一，采用多种结构进行ADC设计，如FlashADC、时间交织ADC结构等，这在一定程度上获得较高的采样率，但也带来很多问题，如FlashADC的精度很难提高，因为其复杂度与精度呈指数增长关系。第二，采用变频方法，即不直接对宽带输入信号进行采样，而是将信号频谱搬移到低中频或零中频上，然后选用现有的ADC器件进行采样。但该方法不仅会额外增加硬件设备，给系统的体积、重量和功耗等带来负担，而且需要确切知道输入信号的载频。因此在不能得到载频任何信息的场景下，如宽带无线电侦察、电子战等，该方法不能使用。

以上两种方法都在Nyquist-Shannon采样定理的约束范围内。它们虽然一定程度地解决了一些工程实际问题，但给后续的数字信号处理单元带来了巨大压力。当信号带宽非常大时，如超宽带信号等，目前的ADC器件难以完成信号的模数转换。因此，寻找并提出高效地采样和恢复方法，对于超短波全频段信号处理，具有非常重要的理论指导意义和工程实用价值。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于压缩感知的信号恢复方法及装置。

依据本发明的一个方面，提供了一种基于压缩感知的信号恢复方法，所述方法包括：

对满足稀疏性的卫星上行连续时间信号进行次奈奎斯特采样，以获得采样观测数据；

基于所述次奈奎斯特采样的采样方式确定采样矩阵；

根据所述采样矩阵利用压缩感知理论从所述采样观测数据中恢复出原始信号。

可选地，所述次奈奎斯特采样的采样方式为多陪集采样；

相应地，所述对满足稀疏性的卫星上行连续时间信号进行次奈奎斯特采样，以获得采样观测数据，进一步包括：

对满足稀疏性的卫星上行连续时间信号按照预设时间周期T进行奈奎斯特采样，以获得离散数据；

对所述离散数据进行多陪集采样，以获得所述采样观察数据。

可选地，所述采样矩阵A中的第i行第k列的元素A_ik通过下式确定，

Aik=1LTexp(j2πLcik)]]>

其中，L为多陪集采样分组时的数组长度，c_i为常数集合C中的第i个参数，所述参数用于反映其在所述常数集合C中的位置。

可选地，所述根据所述采样矩阵利用压缩感知理论从所述采样观测数据中恢复出原始信号，进一步包括：

A101：利用正交性，通过下式寻找最优的指标λ_v，