射电天文信号压缩采样算法研究及硬件设计与实现

发布时间：2024-01-20 15:04

　　天文学研究主要是利用天文观测技术通过全波段观测探究太阳和行星的射电爆发现象。在80MHz以下的频段可以观测到天体的射电爆发信息,甚高频天文信号反映了天体含有物质电磁辐射情况。为了研究天体物质需要观测甚高频天文信号,需要超高速模数转换器才能够对其进行采集,但是目前通用模数转换器采样频率难以满足需求。这对天文信号高频观测是一项挑战,本文设计了基于调制宽带转换器理论的压缩采样系统,对稀疏射电天文信号以超低采样率实现压缩采样,并在PC端实现信号重构,在工程应用中有重要意义。首先,本文根据压缩感知理论研究现状选取调制宽带转换器原理进行深入研究,经过研究发现调制宽带转换器可以通过电路设计硬件实现其功能,并且针对它的各类重构算法较多,遂对经典正交匹配追踪算法理论深入研究分析后,提出了基于正交匹配追踪算法的改进算法,并对其与典型正交匹配追踪算法仿真对比分析,同时对其他算法也进行了算法研究和实验分析。然后,在对调制宽带转换器的理论的充分研究和实践验证的情况下,设计了四通道的压缩采样系统,系统主要包括硬件和软件两大部分,硬件部分包含了伪随机序列发生器、混频器、放大器、ADC采样、FPGA主控,软件部分是基...

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 压缩采样原理
        1.2.1 稀疏信号表示
        1.2.2 压缩测量矩阵设计
        1.2.3 重构算法
    1.3 论文的主要研究工作
    1.4 论文结构安排
第二章 调制宽带转换器
    2.1 调制宽带转换器的基本原理
        2.1.1 稀疏多频带信号模型
        2.1.2 调制宽带转换器系统原理
        2.1.3 伪随机周期调制序列
    2.2 调制宽带转换器模型
        2.2.1 数学模型
        2.2.2 频域模型
    2.3 信号重构原理
    2.4 本章小结
第三章 压缩采样系统电路设计
    3.1 调制宽带转换器系统设计
        3.1.1 系统整体方案设计
        3.1.2 系统参数选取
    3.2 伪随机序列发生器
    3.3 压缩采样通道电路设计
        3.3.1 混频器电路
        3.3.2 低通滤波器电路
        3.3.3 放大器电路
        3.3.4 ADC采集电路
    3.4 采样数据存储
    3.5 本章小结
第四章 压缩采样信号恢复算法
    4.1 重构算法理论
    4.2 正交匹配追踪算法
        4.2.1 正交匹配追踪算法(OMP)
        4.2.2 正则化正交匹配追踪算法(ROMP)
        4.2.3 分段正交匹配追踪算法(StOMP)
    4.3 改进正交匹配追踪算法
    4.4 本章小结
第五章 压缩采样电路调试与实测结果分析
    5.1 系统整体测试环境
    5.2 伪随机序列发生器测试
    5.3 云南天文台实测
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研学术成果
致谢



本文编号：3881063