1.一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤一,生成测试信号和基信号,测试信号表示为:其中,t∈[0,T)为观测时间, 为测试信号中未知的时延和幅度参数,假设时延参数tl位于时间网格上,即tl=Tn/N,其中N为时间网格数,n为正整数,基信号为已知的非基带脉冲序列h(t),测试信号的新息率表示为ρ=2L/T;
步骤二,对测试信号和基信号分别进行频谱搬移过程,采用余弦信号分别对测试信号x(t)和基信号h(t)进行调制,该调制信号及其频谱分别表示为:其中,f为调制信号的频率,其取值大小设置为基信号的中心频率,由于基信号是已知的,该中心频率也是已知的,Ωf=2πf为对应的模拟角频率,此处,调制信号需满足以下条件:
其中,m为任意的整数,ΩB=2πfB,fB为测试信号x(t)的频域最大频率,N为时间网格数,测试信号和基信号经过余弦调制过后,时域上可描述为两个模拟信号的乘积,即:xp(t)=x(t)·p(t),hp(t)=h(t)·p(t);而在频域上,根据卷积定理,在频谱上表现为频谱搬移,该频谱搬移过程用以下公式来描述:
其中,XP(Ω)和HP(Ω)分别为调制后信号xp(t)和hp(t)的频谱;
步骤三,对测试信号和基信号分别进行低通滤波过程,采用了实际的非理想LPF,将该非理想LPF的截止频率记为fcut,其冲激响应记为g(t),对应的频率响应记为G(Ω),将频谱搬移之后的测试信号xp(t)和基信号hp(t)分别进行低通滤波处理,以获取其基带频谱信息,该低通滤波过程描述为以下公式:
其中,XP(Ω)和HP(Ω)分别为调制后信号xp(t)和hp(t)经过低通滤波过程之后的信号频谱;
步骤四,对测试信号和基信号分别进行低速采样过程。为了实现信号的离散化,采用fs≥2fcut的采样速率对滤波后的测试信号和基信号分别进行均匀采样;
步骤五,利用测试信号和基信号的样本消除滤波器的非理想效应,并估计出未知参数。
2.如权利要求1所述的一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法,其特征在于,所述步骤四的实现步骤如下:步骤4.1:采样函数初始化,采样过程一般可使用脉冲串作为采样函数进行建模,即使用一组连续的周期冲激串对经过滤波之后的信号进行低速采样,采样函数s(t)表示为:其中Ts为采样周期,fs=1/Ts为采样频率,这里要求采样频率要满足奈奎斯特采样定理,即采样频率大于滤波器截止频率fcut的2倍,避免造成混叠现象,由于LPF截止频率fcut要远小于测试信号带宽,因此极大地降低了测试信号的采样速率;
步骤4.2:对测试信号进行低速均匀采样,测试信号x(t)通过非理想滤波器之后进行低速采样,采样速率fs≥2fcut,获得采样样本y(t)为:y(t)={[x(t)·p(t)]*g(t)}·s(t) (7)上式经过连续时间傅里叶变换得到y(t)的频域表达为:由此可见,采样样本的频谱是一种以Ωs=2πfs为周期的周期延拓,根据步骤4.1,系统设置的采样速率满足奈奎斯特采样定理,频谱不会发生混叠现象,所以上述公式(8)可视为一个无混叠周期延拓的信号。将采样样本y(t)量化处理后,经过离散傅里叶变换,即可获取一个周期的频域信息,等价的表示方式为,令n=0,公式(8)表示为:步骤4.3:对基信号进行低速均匀采样,基信号h(t)通过非理想滤波器之后进行低速采样,采样速率fs≥2fcut,获得采样样本r(t)为:r(t)={[h(t)·p(t)]*g(t)}·s(t) (10)上式经过连续时间傅里叶变换得到r(t)的频域表达为:由此可见,采样样本的频谱同样是一种以Ωs=2πfs为周期的周期延拓,根据步骤4.1,系统设置的采样速率满足奈奎斯特采样定理,频谱不会发生混叠现象,所以上述公式(11)可视为一个无混叠周期延拓的信号,将采样样本r(t)量化处理后,经过离散傅里叶变换,即获取一个周期的频域信息,等价的表示方式为,令n=0,公式(11)表示为:
3.如权利要求2所述的一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法,其特征在于,所述步骤五的实现方式如下:步骤5.1:将测试信号的频谱和基信号的频谱相除,在获取测试信号和基信号的样本之后,通过离散傅里叶变换即可获取其频谱信息,分别如公式(9)和公式(12)所示,为了消除频谱中非理想LPF的影响,首先将测试信号的频谱和基信号的频谱相除,得到以下公式:经过这种处理方式,即得到不含有LPF非理想效应的频谱样本Y(Ω);
步骤5.2:计算测试信号频谱搬移表达式。为了对公式(13)进行化简,根据测试信号x(t)和基信号h(t)之间的数学关系,得测试信号的频谱表达式为:然后计算测试信号频谱搬移表达式,公式如下:根据步骤一和步骤二得到Ωftl=2πmn,因此有 那么由公式(15)进一步得:
步骤5.3:公式化简并离散化处理,将步骤5.2中的公式(16)代入到步骤5.1中,即对其进行化简为:
取其中k个样本,即令Ω=2πk/T,公式(17)表达为:其中Y(2πk/T)为获取的样本处理之后的结果,是已知的;那么公式(18)中只含有未知参数 是一个典型的谱估计问题,根据谱估计算法求解出测试信号的未知参数,求解出未知参数则代表信号重构成功。
4.如权利要求3所述的一种基于非理想LPF的非基带脉冲信号FRI采样与参数估计方法,其特征在于,谱估计算法为零化滤波器方法或子空间估计法。