宽带阵列信号采样与多抽样率处理技术研究

【摘要】：本文研究了宽带阵列信号采样方法。讨论了传统低速率采样方法的缺陷和不足，提出用高速采样方法对宽带阵列信号进行采样，结合多抽样率处理技术深入分析了高采系统的降采问题。 本文从理论分析和计算机仿真两种角度对各种宽带信号采样方法进行了分析研究。计算机仿真包括Matlab仿真和DSP软件仿真，仿真结果较好地验证了理论分析结论。 本文的主要创新性工作和研究成果包括以下几点： 1．详细分析了三种传统的窄带信号采样方法(模拟正交采样、延迟采样和带通采样)的原理、特性及其应用于宽带水声信号采样中的局限性，并通过仿真进行了验证。分析和仿真结果表明，传统的采样方法应用于宽带水声信号会带来较大的采样误差，量化噪声大，同时对前端抗混迭滤波器的要求较高。 2．将高采方法应用于宽带信号采样，对宽带信号高采方法作了降采处理，对高采—降采系统作了优化设计，降低了高采—降采系统数字处理的运算量，降低了输出数据率，提高了量化信噪比。具体包括以下三个方面： (1) 将多相滤波结构和抽取组成的多相高效结构应用于宽带信号的高采—降采系统，降低输山数据率的同时降低了高采—降采系统数字处理的运算量。 (2) 分别设计了高采-直接降采、高采-正交解调-降采和高采-混频-降采这三种高采—降采系统的具体结构，对其中滤波器作了优化设计，对系统的运算量和输出数据率作了详细的分析，给出了计算公式。 (3) 针对特定频段的水声宽带信号，对三种高采—降采系统作了分析和计算机仿真。对各种采样率和抽取因子的组合方案进行了Matlab仿真，设计了合适的滤波器，对各种方案的运算量和输出数据率作了分析比较，得出几种运算量和输出数据率均较小的采样方案。并对高采—降采系统的采样量化信噪比做了分析，得出高采—降采系统可提高采样量化信噪比的结论。 3．对于宽带阵列信号的高速采样，提出利用循环卷积的快速算法、分段卷积以及抽取的方法降低数字处理运算量，提高实时性，降低输出数据率。设计了采样原理图，并进行了Matlab仿真。 4．针对ADSP21160数字信号处理器的特定硬件结构，编制了高采-直接降采、高采-正交解调-降采的应用程序，进行了DSP软件仿真。