[发明专利]基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法

说明书

一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法，该方法由两个并行的采样通道构成，分别对非基带脉冲及其基信号进行频谱搬移，然后进行低通滤波并低速采样，以此获取非基带脉冲信号及其基信号的部分频谱信息。利用测试信号和基信号之间的频谱相关性，实现对非理想LPF频率效应的消除，从而提高了参数估计精度。通过仿真实验表明，本发明方法实现了对非基带脉冲序列的有限新息率采样，并且信号的重构精度大大提高，抗噪声能力也有很大提高。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法。

背景技术

在信号处理技术领域中，为了无失真的重构出待测信号，这就要求采样系统满足Nyqiust采样定理，也即要求采样频率需要大于两倍的奈奎斯特率。随着现代信号处理技术的发展，信号的频率不断递增，使用Nyqiust采样定理对其进行采样就需要更高的采样速率，而现有的模数转换器(ADC)器件所能达到的采样速率并没有那么高，并且极高的采样速率的ADC器件价格昂贵。因此，如何降低信号的采样速率，并且在低速采样率的情况下无失真的恢复出原信号，成为一个热门问题。当前，针对超宽带信号比较成熟的欠Nyqiust采样方法有压缩感知(CS)采样理论和有限新息率采样理论。

有限新息率(Finite Rate of Innovation，简称FRI)采样理论是由 Vetterli等人在2002年提出，这是一种利用信号参数化特性来对信号进行采样，然后经过特定算法的处理对信号完成恢复的欠Nyqiust采样方法。该理论尤其适用于由一系列短脉冲组成的参数化宽带信号。一种比较经典并且容易硬件实现的FRI采样结构如图1所示。该采样结构的主要组成部分是采样核(即低通滤波器的单位冲激响应)模块和低速采样模块。其中，输入模拟宽带信号x(t)通过低通滤波器(Low Pass Filter，简称LPF)之后得到低频信号y(t)，该信号y(t)中包含了测试信号x(t)的基带频谱信息；然后，使用采样间隔为T_s(大于Nyquist 采样间隔)的ADC器件对信号y(t)进行低速采样，获得的采样样本y[n] 中即包含了测试信号x(t)的低频分量，通过特定的谱估计算法就可以从采样样本y[n]中恢复出测试信号x(t)的未知参数，进而重构出源信号。在FRI采样系统中谱估计算法的选择尤为重要，最为常用的谱估计算法有零化滤波器方法和子空间估计(ESPRIT)算法。FRI采样系统中的采样频率只与信号的新息率有关，通常来说信号的新息率是远小于信号的Nyquist采样速率，所以FRI采样理论可以大幅降低信号的采样速率。

当前，已有许多专家学者对FRI采样理论进行研究：Sudarshan 等人在2015年提出了非对称脉冲序列的FRI采样方法；国内的哈尔滨工业大学也对FRI采样理论进行了一系列的研究，例如心电图信号的FRI采样方法。然而，上述FRI采样方法是建立在采样核函数为Sinc 函数，也就是理想低通滤波器LPF的前提下。众所周知，理想的LPF 在实际应用中是不存在的。因此，现有FRI采样方法由于受到LPF非理想效应的影响，普遍存在较大的参数估计误差，进而导致信号重构效果较差。此外，由于LPF仅能够获取信号的低频信息，现有FRI采样方法的研究只能适用于基带信号，而对于非基带脉冲序列无法适用。因此，如何获取非基带脉冲序列的频谱信息，并消除Sinc采样核的非理想效应，是影响FRI采样系统性能的一个重要问题。

发明内容

为了克服已有技术的不足，针对如何对非基带脉冲序列进行FRI 采样，并消除滤波器的非理想效应的问题，本发明提出一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法，首先，为了获取非基带脉冲信号的频谱信息，采用频谱搬移的思想将被测信号和其基信号的频谱同时搬移到基带，通过非理想LPF后进行低速均匀采样，以此获取含有滤波器非理想效应和非基带脉冲序列的调制频谱信息的采样样本；然后，通过设计一个参数联合估计算法消除LPF的非理想效应，并重构被测信号的未知参数信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法，包括以下步骤：