检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈科帆天津大学

学位级别：硕士

压缩感知(Compressed Sensing,CS)是近年来发展起来的信号采样的新理论和新方法,引起了多个学科领域内研究人员的广泛关注。在无线传感器网络领域,CS也具有重要的理论价值和潜在应用前景。譬如,CS可以替代传统的奈奎斯特采样器件,减少... 详细信息

压缩感知(Compressed Sensing,CS)是近年来发展起来的信号采样的新理论和新方法,引起了多个学科领域内研究人员的广泛关注。在无线传感器网络领域,CS也具有重要的理论价值和潜在应用前景。譬如,CS可以替代传统的奈奎斯特采样器件,减少数据采集、存储、传输及处理所需的能量,从而延长无线传感器网络的续航时间。本文基于压缩感知理论及随机解调硬件架构,设计了一种新型模拟信息转换器(Analog-to-Information Convertor,AIC),并将其应用于桥梁结构健康监测无线传感器网络中,进行了数值模拟仿真及实验验证。主要研究内容如下:首先,介绍了压缩感知理论框架,分别从信号稀疏表达、观测矩阵设计和信号重建算法三方面进行了分析。尤其针对经典的正交匹配追踪算法进行了重点介绍,通过对不同类型稀疏信号的重建结果进行分析比较,总结归纳了该算法的优点和存在的问题。其次,在硬件设计方面,以随机解调硬件框架为基础,分别从信号采集模块、压缩采样模块、通讯模块三个方面进行了改进,设计了一种新型模拟信息转换器,并以FPGA为核心进行了硬件实现。设计了简单激励信号采样实验,验证了模拟信息转换器的有效性。最后,在新型模拟信息转换器基础上,搭建了面向桥梁结构健康监测的无线传感器网络系统,并在三层金属框架模型及滨州黄河大桥缩尺模型上进行了结构振动信号采样实验。实验结果一方面验证了CS理论在无线传感器网络应用方面的可行性,另一方面揭示了模拟信息转换器各模块不同的设计方式对系统整体性能的影响。

关键词：压缩感知模拟信息转换器信号重构现场可编程门阵列

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基于压缩感知理论的模拟信息转换器电路的设计与研究

基于压缩感知理论的模拟信息转换器电路的设计与研究

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作者：何彦哲深圳大学

学位级别：硕士

压缩感知理论(Compressed Sensing,CS)作为一种新兴的理论依据,避开了传统奈奎斯特采样频率的限制,指出针对稀疏性信号,采样频率即使没有达到奈奎斯特频率的要求也能通过算法实现信号的高概率重构,为日益普及的超带宽和高频领域技术提... 详细信息

压缩感知理论(Compressed Sensing,CS)作为一种新兴的理论依据,避开了传统奈奎斯特采样频率的限制,指出针对稀疏性信号,采样频率即使没有达到奈奎斯特频率的要求也能通过算法实现信号的高概率重构,为日益普及的超带宽和高频领域技术提供了新的应用思路。模拟信息转换器(Analog-to-information Convertor,AIC)便是以压缩感知理论为基础的一种采样压缩装置。目前业界对AIC的研究大多停留在数学和理论层面,缺乏对实际硬件电路的设计和仿真,阻碍了AIC电路的投入使用。本文以一种名为多相多随机快速傅里叶变换AIC的方案进行AIC电路的设计和仿真,测试和验证AIC实际电路的功能并得出相关的参数指标。本文研究的主要内容及创新点如下:1)本文从硬件电路设计的角度入手,以随机解调为基本框架,搭建新型多相多随机快速傅里叶变换AIC。该AIC采用时钟信号分频后控制多条支路ADC的结构,其性能与支路数量挂钩,使得整体AIC电路在硬件设计方面的优化和拓展更为方便。模块化的子电路也使得系统结构较为简单,易于设计实现。本文通过数学演算得出了该AIC方案的可行性,并推导出其采样信号恢复所需要的观测矩阵和感知矩阵,为后文的仿真验证打下基础。2)在MATLAB上搭建理想的多相多随机快速傅里叶变换AIC实现模型,选择适当的重构算法,验证该AIC方案的可靠性。通过多次实验,对比传统的随机解调方案的同时,得出理想条件下该AIC电路的性能指标,作为后文与实际设计硬件电路的对比依据。3)本文采用UMC65nm工艺库,在Cadence IC616仿真软件上,从晶体管到版图级别对改良AIC进行电路设计,实验仿真验证该AIC的功能,并得出具体的参数指标。本文成功设计了一个十支路AIC电路,其最大工作频率为2GHz,采样信号长度为10,可实现对最大稀疏度为4、最小分辨率为32MHz的信号的压缩采样和无失真重构。本文提出了一种新型的AIC实现电路方案,并成功搭建和设计该AIC的硬件电路。与传统的随机解调AIC方案相比,多相多随机快速傅里叶变换AIC具有结构简单、精度高、稳定性强、拓展性宽等特点。通过对改进AIC电路的设计仿真,验证了该AIC具有一定的实用价值。同时与理想AIC模型的实验参数进行对比,总结出了AIC在实际硬件电路设计上所需要注意的问题,并指出未来AIC电路设计上可能进行优化的方向,为压缩感知理论在硬件电路上的实现研究提供一定的参数依据。

关键词：多相多随机采样压缩感知理论硬件电路设计模拟信息转换器

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基于压缩感知的模拟信息转换器设计

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传感器与微系统 2018年第11期37卷 84-86页

作者：陈科帆孙彪马书根天津大学电气与自动化工程学院天津300000

现有的土木工程结构健康监测系统普遍采用传统随机解调方式进行信息采样,随着采样信号的频带越来越宽,数据量不断增大,固有监测系统存在的扩展性差、传输能力低和成本高等问题日益明显。针对以上不足,结合压缩感知理论,设计了一种基于... 详细信息

现有的土木工程结构健康监测系统普遍采用传统随机解调方式进行信息采样,随着采样信号的频带越来越宽,数据量不断增大,固有监测系统存在的扩展性差、传输能力低和成本高等问题日益明显。针对以上不足,结合压缩感知理论,设计了一种基于均匀采样的改进模拟信息转换系统,并根据模拟信息转换理论设计了相应的系统结构和软硬件实现方法,将其用于实际模拟信号的监测。实验结果表明:设计的系统以较少的观测值完成了对模拟输入信号的采集、压缩与重构,极大地降低了传感器网络能耗及硬件成本。

关键词：压缩感知模拟信息转换器信号重构现场可编程门阵列片上系统

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一种基于模拟信息转换器的工业超声成像方法

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微型机与应用 2017年第16期36卷 48-52页

作者：戴光智深圳职业技术学院计算机工程学院广东深圳5180552

有限新息率(FRI)模型是传统的采样理论与压缩感知相结合的信号采集新方案。FRI理论指出,具有FRI性质的信号,可由各个短脉冲信号的延迟时间和幅度进行完备的表示,而超声波的反射信号可以看成由一系列不同延迟时间和幅度的高斯脉冲信号的... 详细信息

有限新息率(FRI)模型是传统的采样理论与压缩感知相结合的信号采集新方案。FRI理论指出,具有FRI性质的信号,可由各个短脉冲信号的延迟时间和幅度进行完备的表示,而超声波的反射信号可以看成由一系列不同延迟时间和幅度的高斯脉冲信号的叠加,因此可以采用FRI模型有效减少采样数据和采样频率。在压缩感知理论的框架之下,以FRI理论为模型,并且结合相控阵超声波成像特点以及模拟信息转换器两种结构的特点,提出了一种适用于超声波成像的新型信号采样方法——基于滤波的模拟信息转换器的信息采样方法,并以Field II为仿真工具,对工业超声成像的实测数据采用该方法进行处理,取得了较好的效果,为FRI理论在超声波工业检测系统中的应用做了有益的理论探索和实测数据仿真。

关键词：模拟信息转换器超声成像压缩感知 FRI

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一种基于模拟信息转换器的工业超声信号采集方法

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深圳职业技术学院学报 2017年第3期16卷 3-7页

作者：戴光智孙宏伟深圳职业技术学院计算机工程学院广东深圳518055

压缩感知理论指出以低于香农定理规定的最低频率(2倍频)对稀疏信号进行采样,同样可得到精确的信号重建结果.将压缩感知理论应用于超声波工业成像系统中,可有效减少需要的采样数据和采样频率.文章在压缩感知理论的框架之下,提出一种新型... 详细信息

压缩感知理论指出以低于香农定理规定的最低频率(2倍频)对稀疏信号进行采样,同样可得到精确的信号重建结果.将压缩感知理论应用于超声波工业成像系统中,可有效减少需要的采样数据和采样频率.文章在压缩感知理论的框架之下,提出一种新型信号采样方法——基于滤波模拟信息转换器的信息采样方法.以MATLAB为仿真工具,采用该方法对工业超声成像的实测数据进行处理,取得了较为理想的效果,为压缩感知理论在超声波工业检测系统中的应用做了有益的探索.

关键词：工业超声成像:压缩感知模拟信息转换器 FRI(FiniteRateofInnovation)

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多相随机子采样FFT模拟信息转换器

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信号处理 2016年第4期32卷 457-462页

作者：金磊黄建军高国星深圳大学ATR国防科技重点实验室广东深圳518060 驻汕头地区军代室广东汕头515000

模拟信息转换器是实现稀疏信号压缩感知的一种装置,常用的主要结构是随机解调下采样,但是通常存在采样恢复精度低以及压缩率不高的问题。为提高压缩率及采样恢复精度,本文提出了一种多相随机子采样FFT模拟信息转换器实现方法,该模拟信... 详细信息

模拟信息转换器是实现稀疏信号压缩感知的一种装置,常用的主要结构是随机解调下采样,但是通常存在采样恢复精度低以及压缩率不高的问题。为提高压缩率及采样恢复精度,本文提出了一种多相随机子采样FFT模拟信息转换器实现方法,该模拟信息转换器由多相分频移相器、伪随机数发生器、多路并行低速ADC以及累加器组成。该方法利用信号在频域循环卷积后下采样等效于信号随机子采样FFT的特点,实现对信号的压缩采样,能有效提高信号压缩率及采样恢复精度,且结构简单、易于实现。仿真实验验证了此方法的有效性。

关键词：信息处理技术压缩感知模拟信息转换器多相随机采样子采样FFT

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模拟-信息转换器研究进展

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系统工程与电子技术 2015年第2期37卷 229-238页

作者：张弓文方青陶宇刘苏贲德南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京210016 雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室江苏南京210016 南京电子技术研究所江苏南京210039

随着未来宽带、超宽带通信技术的发展,现有以传统奈奎斯特采样定理为基础的信号的采集、传输、存储和处理系统将面临严峻的挑战,模拟-信息转换器(analog-to-information convertor,AIC)将可能是这些挑战的有效解决途径。AIC是近年来国... 详细信息

随着未来宽带、超宽带通信技术的发展,现有以传统奈奎斯特采样定理为基础的信号的采集、传输、存储和处理系统将面临严峻的挑战,模拟-信息转换器(analog-to-information convertor,AIC)将可能是这些挑战的有效解决途径。AIC是近年来国内外研究的热点,其以压缩感知原理为理论基础,突破传统的奈奎斯特采样定理的约束,以远低于奈奎斯特速率对信号进行采样,并确保能准确重构出原始信号,是稀疏信号的有效获取方法。以稀疏信号采集为主线,综述了近年来AIC设计与实现的研究进展,分析了不同方案在稀疏信号获取方面的优势与不足,描述了国内外的相关研究进展,并对未来AIC可能的发展方向进行了展望。

关键词：模拟信息转换器压缩感知稀疏信号

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频域稀疏信号模拟信息转换器研究

频域稀疏信号模拟信息转换器研究

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作者：金磊深圳大学

学位级别：硕士

随着超带宽技术的快速发展,利用香农奈奎斯特采样定理对信号进行采样将面临严峻的挑战。压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论利用信号的稀疏性,以远低于奈奎斯特速率对信号进行采集,并确保通过采集的少量数据准确重构出原始信号。模拟... 详细信息

随着超带宽技术的快速发展,利用香农奈奎斯特采样定理对信号进行采样将面临严峻的挑战。压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论利用信号的稀疏性,以远低于奈奎斯特速率对信号进行采集,并确保通过采集的少量数据准确重构出原始信号。模拟信息转换器(Analog-to-information Convertor,AIC)是一种以CS理论为基础,实现模拟信号压缩采样的装置。本文提出了一种多相随机子采样FFT模拟信息转换器实现方法,该AIC可以实现频域稀疏信号的压缩采样。论文研究的主要内容及创新点如下:1)提出了一种新的AIC实现方法。多相随机子采样FFT模拟信息转换器利用信号在频域循环卷积后下采样等效于信号随机子采样FFT的性质,实现对频域稀疏信号的压缩采样,能有效提高信号压缩率及采样恢复精度,且结构简单、易于实现。本文使用数学描述语言对多相随机子采样FFT模拟信息转换器进行了分析,并构造出系统感知矩阵的数学表达式,证明了该AIC在理论上可以实现频域稀疏信号的压缩采样。该部分是论文工作的基础,本文后续的研究工作均在该AIC模型上进行展开。2)对多相随机子采样FFT模拟信息转换器的理论可行性进行了验证,并与随机解调进行了对比,仿真实验表明本文提出的AIC模型具有无相位失真、压缩率大以及恢复精度高等优势。3)实现了多相随机子采样FFT模拟信息转换器的硬件电路设计,该AIC有10条采样支路,对AIC的功能可行性进行了验证,实验结果表明该AIC能够实现频域稀疏信号的压缩采样。4)对多相随机子采样FFT模拟信息转换器的性能进行了分析,实验结果表明该AIC可以对2.4GHz以内的频域稀疏信号进行压缩采样,采样率为500MHz,采集信号长度为10,大大减小了信号的采样率及采集长度。通过实验还验证了该AIC可以实现调频连续波雷达混频信号的压缩采样。本文提出的多相随机子采样FFT模拟信息转换器利用了子采样FFT的特点,使用多路低速ADC交替随机采样并累加来对频域稀疏模拟信号进行压缩采样,避免了目前主流AIC方案中混频器和模拟低通滤波器的使用,使得系统的实现更加简单,具有压缩率大、恢复精度高、无相位失真等特点,有很好的实用性。仿真结果验证了方案的可行性。

关键词：信息处理技术压缩感知模拟信息转换器多相随机采样子采样FFT

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基于压缩感知的模拟信息转换器采样分析

基于压缩感知的模拟信息转换器采样分析

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作者：丁博辰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

Nyquist采样定理是对信号采样最常应用的理论,但该理论对采样速率有明确的要求,即至少要大于所采样信号的两倍频率,这样才能够避免因频谱混叠而造成的部分信息丢失,从而实现对原始信号的精确还原。然而,在科技高速发展的今天,一些需要... 详细信息

Nyquist采样定理是对信号采样最常应用的理论,但该理论对采样速率有明确的要求,即至少要大于所采样信号的两倍频率,这样才能够避免因频谱混叠而造成的部分信息丢失,从而实现对原始信号的精确还原。然而,在科技高速发展的今天,一些需要被采样的信号频率越来越高,因此对ADC(Analog to Digital Converter)等采样器件的采样速率提出了严峻的考验,而压缩感知理论是一种采用了全新算法的新型采样理论,能够解决Nyquist采样定理带来的采样速率过高的问题。相比于Nyquist采样定理,压缩感知在不失精度的前提下,具有采样速率低的优点,打破了Nyquist采样要求采样速率必须大于所采样信号两倍频率的限制。本文围绕压缩感知理论做了以下几个方面的分析。首先分析了其理论框架和采样条件,采样信号必须具备稀疏性,可以通过稀疏变换基达到目的,将其在满足RIP(Restricted Isometry Property)约束等距性质的观测矩阵下投影,再进行采样和信号重构。将压缩感知理论应用在对输入含有谐波的模拟信号的采样过程中,采样的系统为AIC(Analog to Information Converter)模拟信息转换器,通过Matlab对AIC模拟信息转换器进行仿真分析,分别构建出伪随机序列、混频环节、积分环节和AD采样环节,根据每个环节的作用构建出等效矩阵,对含有多次谐波的正弦信号以低于该信号2倍频率的速率进行采样,再通过OMP(Orthogonal Matching Pursuit)正交匹配追踪算法完成信号重构。其次对每个环节的噪声进行了分析,包括信号中引入的高斯白噪声、量化噪声以及实际应用中器件引入的输入噪声,通过改变参数分析这些噪声对信号重构的误差和SNR的影响。最后根据实际的器件提出了AIC模拟信息转换器各个环节的硬件实现方法。

关键词：压缩感知采样信号重构模拟信息转换器噪声

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一种基于压缩感知的降采样模拟信息转换器研究与设计

一种基于压缩感知的降采样模拟信息转换器研究与设计

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作者：吴凡华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,Candès等人提出压缩感知理论(Compressive Sensing,CS),它指出,当原始信号的稀疏性已知时,我们仅需要采集少量数据就能以极大的可能性从采样信号中恢复出原始信号。压缩感知理论突破了奈奎斯特采样定理的条件限制,在数据采... 详细信息

近年来,Candès等人提出压缩感知理论(Compressive Sensing,CS),它指出,当原始信号的稀疏性已知时,我们仅需要采集少量数据就能以极大的可能性从采样信号中恢复出原始信号。压缩感知理论突破了奈奎斯特采样定理的条件限制,在数据采集等方面有着不可估量的发展前景。目前基于压缩感知的模拟信息转换器(Analog-to-information Convertor,AIC)方案普遍存在系统复杂、瞬时采样频率高等问题。本文针对模拟信息转换器的实际使用需要,提出了一种基于两级采样保持器(Sampling holder,SH)电路的模拟信息转换器结构。首先,基于降低信号采集时模数转换器(Analog-to-Digital Convertor,ADC)的采样频率与功耗的需求,本文设计了混合时序控制两级SH电路对信号进行采样的AIC结构,通过将随机采样信号保持相同的时间段,系统不仅能够降低ADC采样的平均频率,也能降低瞬时频率,在减少采样数据的同时能够降低对ADC的性能要求;然后,针对AIC易用性的需求,本文将基于两级SH的AIC结构设计为一个采样前端,能够直接应用于传统采样系统,非常易于将奈奎斯特采样系统拓展为压缩采样系统。另外,本文基于Altera EP2C5T144C8N FPGA平台对AIC进行了实验验证。首先,为了评估重建精度,我们测试了数据压缩比(compression factor,CF)从1增加到15的情况,结果表明随着CF的增加,均方根百分误差(percent root-mean-square difference,PRD)有增大的趋势,但是均值一直低于1.5%,最大值也小于2%。然后,我们也评估了对不同采样矩阵和不同信号频率的重建稳定性,我们使用10个不同的随机二进制矩阵对1K正弦信号进行采样和恢复,结果表明,PRD都分布在0.6%到1.3%这个区间;另外,随着CF从1增加到15,对于10Hz正弦信号,PRD从3%增加到5.3%,1KHz正弦信号,PRD从3.8%增加到5.7%,1MHz信号的PRD从4%增加到7.3%。

关键词：压缩感知模拟信息转换器混合采样信息重建两级SH

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