【摘要】：隨著通訊技術的發(fā)展,無線射頻傳輸過程所用的載波頻率越來越高。在認知無線電、電子偵察等領域,載波頻率是隨時間變化的,無法通過解調再采樣的方式獲取信息,必須采用直接采樣的方式獲取信息。如果使用以奈奎斯特定理為指導的傳統(tǒng)采樣方法,現(xiàn)有商用模數(shù)轉換器難以滿足要求。近年來針對頻域稀疏信號采樣提出的調制寬帶轉換器(MWC)采樣方法,理論上可以實現(xiàn)遠低于奈奎斯特率的采樣速率重構待測信號,降低系統(tǒng)的采樣速率。采用這種方法也減輕了大量數(shù)據(jù)所帶來的存儲、傳輸壓力。本文針對MWC采樣系統(tǒng)的實現(xiàn)問題開展了如下工作:先對MWC采樣系統(tǒng)針對的頻域稀疏信號模型進行分析,然后對該采樣系統(tǒng)的結構進行研究,并在頻域上作了理論分析。最后設計仿真實驗驗證。設計MWC采樣系統(tǒng)。對調制寬帶轉換器系統(tǒng)的實現(xiàn)技術展開深入研究,采用現(xiàn)有元器件設計并實現(xiàn)了一套完整由上、下位機兩部分組成的采樣系統(tǒng)。下位機以FPGA、乘法器、AD采樣器件、USB控制器為核心設計了輸入信號預處理電路、偽隨機序列發(fā)生器、隨機混頻器、低通濾波器、同步低速采樣器以及數(shù)據(jù)傳輸電路等功能模塊。上位機采用MATLAB軟件實現(xiàn)了基于正交匹配追蹤的重構算法,編寫了能夠實現(xiàn)參數(shù)設置、自動校準和實時顯示重構結果等功能的應用程序。實現(xiàn)自動校準系統(tǒng)。針對采樣矩陣實際值與理論值不相符進而影響重構結果的問題,設計并實現(xiàn)了基于正弦響應法的MWC采樣矩陣自動校準系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用程控命令產生一定頻率、能夠遍歷整個頻帶的正弦信號激勵源,獲得對應頻率的采樣矩陣數(shù)據(jù)。實驗表明使用自動校準系統(tǒng)得到的采樣矩陣能夠高概率地重構待測信號。完成系統(tǒng)測試。對硬件電路進行測試,對各模塊的功能進行測試,再進行整個系統(tǒng)測試。測試結果表明本系統(tǒng)能夠以奈奎斯特率的二十分之一重構出多帶頻域稀疏信號,單個頻帶信號的重構成功率高達98.5%。
【圖文】：

圖 3-1 MWC 系統(tǒng)總體設計方案Fig.3-1 Whole design for MWC system第一部分是下位機。下位機主要包括輸入信號預處理電路、隨機混路、低通濾波電路、低速采樣電路、觸發(fā)電路、USB接口電路。其中，輸號預處理電路將兩路輸入信號通過運算放大器完成電壓跟隨，然后再利用電路對這兩路信號疊加并擴展；隨機混頻電路將預處理后的信號與周期性機序列進行混頻，得到信號的頻率為這兩種信號各個頻率分量的和頻與差組合，從而達到將輸入信號的頻譜擴展到整個頻帶的目的。低通濾波電路了同等階數(shù)下濾波性能最好的橢圓濾波電路，該電路將整個頻帶進行分割留了低頻分量。低速采樣電路利用集成的模數(shù)轉換芯片，將低通濾波后的信號轉化成數(shù)字信號；觸發(fā)電路通過快速比較器對輸入的信號和設置的電行比較，當滿足比較條件時，輸出觸發(fā)電平，開啟數(shù)據(jù)采集。本文根據(jù)實求設計了三種觸發(fā)方式：內部觸發(fā)、外部觸發(fā)和強制觸發(fā)。USB接口電路用集成的USB控制器芯片，實現(xiàn)將下位機的數(shù)據(jù)傳送給上位機的功能。第二部分是上位機。在上位機采用 MATALAB 軟件開發(fā)了數(shù)據(jù)接收處理、采樣矩陣校準、信號重構等應用程序。其中數(shù)據(jù)接收與預處理首先由 USB 接口傳送的數(shù)據(jù)，，再對接收的數(shù)據(jù)進行合并、電壓校準、通道

40Mbps 數(shù)據(jù)傳輸速度，含有豐富的 RAM 資源和邏輯資源。 Cyclone IIEP2C5Q208 支持多種配置模式，常用的有 AS(Active Serial)和 JTAG(Joint TestAction Group)模式，JTAG 模式電路配置速度快，但是掉電后配置的電路丟失。AS 模式雖然掉電后不會丟失配置的電路信息，但是下載速度過慢，增加了調試時間。本文在調試階段，采用 JTAG 模式，若調試成功，則采用 AS 模式。3.3 MWC 下位機硬件設計3.3.1 輸入信號預處理電路的設計由圖 2-2 的系統(tǒng)結構圖可知，輸入的單通道待測信號 x (t )被分成四路相同的信號。本文設計了輸入信號預處理電路，該部分電路的結構是相同的，每路都對輸入信號進行跟隨，再通過加法電路將兩路信號疊加成雙頻信號后被擴展成了四路相同信號。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN911.7

【參考文獻】

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本文編號：2665530