一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法技术

一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法，涉及信号处理领域，具体涉及一种针对调制宽带转换器硬件系统的滤波器的补偿方法。为了解决实际的低通滤波器与理想低通滤波器之间的非理想差异使得信号的理想重构难以实现的问题，本发明专利技术首先结合理想滤波器采样频率得到理想滤波器情况下每个通道的采样点数，并根据非理想滤波器采样频率和采样时长得到实际情况下每个通道的采样点数；获得非理想滤波器在支持集的频点处的频响特性，并确定物理硬件系统采样数据需要补偿的频点位置，然后计算傅立叶补偿系数并进行非理想滤波器的傅立叶系数补偿，最后进行逆离散傅里叶变换得到补偿后的数据。本发明专利技术适用于调制宽带转换器硬件系统的滤波器的补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法
本专利技术涉及信号处理领域，具体涉及一种针对调制宽带转换器硬件系统的滤波器的补偿方法。
技术介绍
2004年由E.Candès、T.Tao等人提出的压缩感知(CompressedSensing,CS)或称称压缩采样(CompressiveSampling，CS)是一种全新的信号采集理论，它充分利用信号稀疏性或可压缩性，对信号先进行压缩再采样，打破了传统信号采集中先采样后压缩传输的观念。CS理论指出，当信号具有稀疏性时，可以通过全局观测的方式同时实现信号压缩和采样，只需要采集少量非自适应的线性观测值就可以获得信号的全部信息，所以采样率远低于奈奎斯特采样率。由CS理论发展出的多种压缩采样结构，如随机解调系统、随机调制预积分系统、调制宽带转换器(ModulatedWidebandConverter，MWC)等。其中调制宽带转换器系统具有硬件实现可行性更好的特点，可以实现对频域稀疏的多频带信号的压缩采样与重构，仅用商业器件解决了高频信号的采样硬件设备庞大昂贵问题。调制宽带转换器的结构如图1所示，由多组结构相同的通道组成，每个通道主要由乘法器、低通滤波器、低速采样模块组成。多频带信号进入系统后，同时与多路不同的伪随机序列进行混频，这个过程利用了通信理论中的频谱扩展技术，混频前端将信号频谱搬移到基带内进行处理，混频后的信号经过一个理想低通滤波之后被低速ADC进行均匀采样，理想低通滤波器的频响特性如图2所示，多路采样数据经过重构后便可以得到原始信号的奈奎斯特采样数据。在调制宽带转换器的理论论述过程中，需要使用理想低通滤波器对调制后的模拟信号进行处理。而在实际应用中，理想低通滤波器很难通过现有硬件设备条件实现，人们往往使用高阶巴特沃斯或切比雪夫滤波器进行代替。实际的低通滤波器与理想低通滤波器相比，主要存在以下三点不足：1)频响函数H(f)在通带不一定是平坦的，即有可能存在通带波动与衰减；2)H(f)不具备矩形频响特性，即通带与阻带之间无法实现骤变；3)阻带的|H(f)|不是严格的0，即阻带衰减不够。由于实际的低通滤波器存在以上的不足，所以此时对调制宽带转换器系统采样进行频域分析时，便不可忽略滤波器频响函数H(f)带来的影响，如果不消除这些影响系统便难以实现信号的理想重构。
技术实现思路
本专利技术为了解决实际的低通滤波器与理想低通滤波器之间的非理想差异使得信号的理想重构难以实现，从而提出一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法。一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法，包括以下步骤：步骤一、假设每次采样时长为t，结合理想滤波器采样频率fs得到理想滤波器情况下每个通道的采样点数N1；步骤二、使用非理想滤波器时，非理想滤波器采样频率fs′满足|H(fs′/2)|≤-60dB，且非理想滤波器的截止频率满足fp≥fs；根据非理想滤波器采样频率fs′和采样时长为t得到实际情况下每个通道的采样点数N2；其中H(·)表示频响特性；步骤三、获得非理想滤波器在支持集f1的频点处的频响特性f1＝n1fs/N1n1∈[-N1/2,N1/2]且n1∈Z中，j为虚数单位，f为支持集f1中的频点，Ts′为非理想滤波器采样时间间隔；Z为整数集合；步骤四、确定物理硬件系统采样数据需要补偿的频点位置：采样数据补偿频点的支持集f2满足且满足f2在[-fs/2,fs/2]范围内的支持集等于f1；f2＝n2fs'/N2n2∈[-N2/2,N2/2]且n2∈Z步骤五、计算补偿频点位置的傅立叶补偿系数在支持集f1中相应频点的补偿系数是对应的非理想滤波器频响特性的倒数，对于频点位置的补偿系数为0，如下：步骤六、在物理硬件系统中进行非理想滤波器的傅立叶系数补偿：针对每次在采样时长t内采样得到的数据yi′[n]，首先进行N2点的离散傅立叶变换得到由步骤五得到的傅立叶补偿系数在相应频点进行对应相乘，得到补偿后的采样数据的傅立叶变换步骤七、对进行逆离散傅里叶变换得到补偿后的数据yi″[n]。此时的采样数据和理论上理想滤波器的差异很小，唯一的区别是采样率fs′≥fs。yi″[n]可直接进入后续的信号重构过程，重构信号的误差和使用理想滤波器情况下的差异很小。优选地，步骤一所述的N1＝fs*t。优选地，步骤二所述的N2＝fs′*t。优选地，步骤二所述的非理想滤波器采样频率fs′＝1/Ts′。优选地，步骤三中通过仪器测量或者随机序列冲击响应法获得非理想滤波器在支持集f1的频点处的频响特性本专利技术具有以下有益效果：本专利技术充分利用了信号在模拟域和离散域的特性，通过对调制宽带转换器采样得到的数据直接在频域进行傅立叶系数补偿，解决了调制宽带转换器在硬件实现过程中非理想滤波器因素对信号重构的影响，实现了信号的理想重构。通过理论分析及实验结果得到，本专利技术方法操作简单，使用方便，能够补偿大多数类型滤波器的非理想特性，重构出来的信号误差非常小。附图说明图1为调制宽带转换器的结构示意图；图2为理想低通滤波器的频响特性曲线；图3为应用本专利技术后的调制宽带转换器系统结构示意图；如图4-图6为对比实验效果图；其中，图4为原始被测信号，图5是未进行非理想滤波器补偿的信号重构结果，图6为进行本专利技术补偿后的信号重构结果；图7为不同阶数的巴特沃斯、椭圆、切比雪夫I型滤波器经过本专利技术的补偿后的效果图。具体实施方式具体实施方式一：一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法，包括以下步骤：步骤一、假设每次采样时长为t，结合理想滤波器采样频率fs得到理想滤波器情况下每个通道的采样点数N1；步骤二、使用非理想滤波器时，非理想滤波器采样频率fs′满足|H(fs′/2)|≤-60dB，且非理想滤波器的截止频率满足fp≥fs；根据非理想滤波器采样频率fs′和采样时长为t得到实际情况下每个通道的采样点数N2；其中H(·)表示频响特性；步骤三、获得非理想滤波器在支持集f1的频点处的频响特性f1＝n1fs/N1n1∈[-N1/2,N1/2]且n1∈Z中，j为虚数单位，f为支持集f1中的频点，Ts′为非理想滤波器采样时间间隔；Z为整数集合；步骤四、确定物理硬件系统采样数据需要补偿的频点位置：采样数据补偿频点的支持集f2满足且满足f2在[-fs/2,fs/2]范围内的支持集等于f1；f2＝n2fs'/N2n2∈[-N2/2,N2/2]且n2∈Z步骤五、计算补偿频点位置的傅立叶补偿系数在支持集f1中相应频点的补偿系数是对应的非理想滤波器频响特性的倒数，对于频点位置的补偿系数为0，如下：步骤六、在物理硬件系统中进行非理想滤波器的傅立叶系数补偿：针对每次在采样时长t内采样得到的数据yi′[n]，首先进行N2点的离散傅立叶变换得到由步骤五得到的傅立叶补偿系数在相应频点进行对应相乘，得到补偿后的采样数据的傅立叶变换步骤七、对进行逆离散傅里叶变换得到补偿后的数据yi″[n]。此时的采样数据和理论上理想滤波器的差异很小，唯一的区别是采样率fs′≥fs。yi″[n]可直接进入后续的信号重构过程，重构信号的误差和使用理想滤波器情况下的差异很小。虽然在物理上无法实现理想滤波器，但是按照本专利技术直接对采样值进行处理，使其在滤波和补偿后类似于通过了一个理想滤波器，结构如图3所示，图中，x(t)为被测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、假设每次采样时长为t，结合理想滤波器采样频率f

【技术特征摘要】
1.一种用于调制宽带转换器的非理想滤波器的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、假设每次采样时长为t，结合理想滤波器采样频率fs得到理想滤波器情况下每个通道的采样点数N1；步骤二、使用非理想滤波器时，非理想滤波器采样频率fs′满足|H(fs′/2)|≤-60dB，且非理想滤波器的截止频率满足fp≥fs；根据非理想滤波器采样频率fs′和采样时长为t得到实际情况下每个通道的采样点数N2；其中H(·)表示频响特性；步骤三、获得非理想滤波器在支持集f1的频点处的频响特性f1＝n1fs/N1n1∈[-N1/2,N1/2]且n1∈Z中，j为虚数单位，f为支持集f1中的频点，Ts′为非理想滤波器采样时间间隔；Z为整数集合；步骤四、确定物理硬件系统采样数据需要补偿的频点位置：采样数据补偿频点的支持集f2满足且满足f2在[-fs/2,fs/2]范围内的支持集等于f1；f2＝n2fs'/N2n2∈[-N2/2,N2/2]且n2∈Z步骤五、计算补偿频点位置的傅立叶补偿系数在支持集f1中相应频点的补偿系数是对应的非理想滤波器频响特性的倒数，对于频点位置的补偿系数为0，如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：付宁，张京超，杜帅乐，乔立岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23