【摘要】：隨著通訊技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線射頻傳輸過(guò)程所用的載波頻率越來(lái)越高。在認(rèn)知無(wú)線電、電子偵察等領(lǐng)域,載波頻率是隨時(shí)間變化的,無(wú)法通過(guò)解調(diào)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(dǎo)的傳統(tǒng)采樣方法,現(xiàn)有商用模數(shù)轉(zhuǎn)換器難以滿足要求。近年來(lái)針對(duì)頻域稀疏信號(hào)采樣提出的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器(MWC)采樣方法,理論上可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)低于奈奎斯特率的采樣速率重構(gòu)待測(cè)信號(hào),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(lái)的存儲(chǔ)、傳輸壓力。本文針對(duì)MWC采樣系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題開(kāi)展了如下工作:先對(duì)MWC采樣系統(tǒng)針對(duì)的頻域稀疏信號(hào)模型進(jìn)行分析,然后對(duì)該采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,并在頻域上作了理論分析。最后設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)MWC采樣系統(tǒng)。對(duì)調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)展開(kāi)深入研究,采用現(xiàn)有元器件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套完整由上、下位機(jī)兩部分組成的采樣系統(tǒng)。下位機(jī)以FPGA、乘法器、AD采樣器件、USB控制器為核心設(shè)計(jì)了輸入信號(hào)預(yù)處理電路、偽隨機(jī)序列發(fā)生器、隨機(jī)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(jī)采用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)了基于正交匹配追蹤的重構(gòu)算法,編寫(xiě)了能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)校準(zhǔn)和實(shí)時(shí)顯示重構(gòu)結(jié)果等功能的應(yīng)用程序。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。針對(duì)采樣矩陣實(shí)際值與理論值不相符進(jìn)而影響重構(gòu)結(jié)果的問(wèn)題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于正弦響應(yīng)法的MWC采樣矩陣自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用程控命令產(chǎn)生一定頻率、能夠遍歷整個(gè)頻帶的正弦信號(hào)激勵(lì)源,獲得對(duì)應(yīng)頻率的采樣矩陣數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明使用自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)得到的采樣矩陣能夠高概率地重構(gòu)待測(cè)信號(hào)。完成系統(tǒng)測(cè)試。對(duì)硬件電路進(jìn)行測(cè)試,對(duì)各模塊的功能進(jìn)行測(cè)試,再進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明本系統(tǒng)能夠以奈奎斯特率的二十分之一重構(gòu)出多帶頻域稀疏信號(hào),單個(gè)頻帶信號(hào)的重構(gòu)成功率高達(dá)98.5%。
【圖文】：

圖 3-1 MWC 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案Fig.3-1 Whole design for MWC system第一部分是下位機(jī)。下位機(jī)主要包括輸入信號(hào)預(yù)處理電路、隨機(jī)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(hào)預(yù)處理電路將兩路輸入信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器完成電壓跟隨，然后再利用電路對(duì)這兩路信號(hào)疊加并擴(kuò)展；隨機(jī)混頻電路將預(yù)處理后的信號(hào)與周期性機(jī)序列進(jìn)行混頻，得到信號(hào)的頻率為這兩種信號(hào)各個(gè)頻率分量的和頻與差組合，從而達(dá)到將輸入信號(hào)的頻譜擴(kuò)展到整個(gè)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(gè)頻帶進(jìn)行分割留了低頻分量。低速采樣電路利用集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將低通濾波后的信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；觸發(fā)電路通過(guò)快速比較器對(duì)輸入的信號(hào)和設(shè)置的電行比較，當(dāng)滿足比較條件時(shí)，輸出觸發(fā)電平，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集。本文根據(jù)實(shí)求設(shè)計(jì)了三種觸發(fā)方式：內(nèi)部觸發(fā)、外部觸發(fā)和強(qiáng)制觸發(fā)。USB接口電路用集成的USB控制器芯片，實(shí)現(xiàn)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)的功能。第二部分是上位機(jī)。在上位機(jī)采用 MATALAB 軟件開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)接收處理、采樣矩陣校準(zhǔn)、信號(hào)重構(gòu)等應(yīng)用程序。其中數(shù)據(jù)接收與預(yù)處理首先由 USB 接口傳送的數(shù)據(jù)，，再對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、電壓校準(zhǔn)、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(huì)丟失配置的電路信息，但是下載速度過(guò)慢，增加了調(diào)試時(shí)間。本文在調(diào)試階段，采用 JTAG 模式，若調(diào)試成功，則采用 AS 模式。3.3 MWC 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)3.3.1 輸入信號(hào)預(yù)處理電路的設(shè)計(jì)由圖 2-2 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可知，輸入的單通道待測(cè)信號(hào) x (t )被分成四路相同的信號(hào)。本文設(shè)計(jì)了輸入信號(hào)預(yù)處理電路，該部分電路的結(jié)構(gòu)是相同的，每路都對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行跟隨，再通過(guò)加法電路將兩路信號(hào)疊加成雙頻信號(hào)后被擴(kuò)展成了四路相同信號(hào)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665530