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现代测试技术中的采样非均匀性问题理论研究与分析

何丕雁  
【摘要】: 随着DSP技术在工程应用中的迅速发展,数字化仪器在越来越多领域应用,信号采样与信号处理受到更多重视。而仪器仪表学科的发展趋势正是在数据处理上更多、更好地利用数字信号处理技术。随着高速采样技术发展,对非均匀采样信号的研究也成为信号处理领域的一个重要研究内容,如何提供更精确的采样时基,或者是如何对采样时基进行校正,以及利用已知的时基偏差,对采样信号进行重建,已成为在工程应用中一个重要组成部分。针对这一研究课题,本文结合测量领域中的实际应用,对非均匀采样的处理方法进行了理论研究和实验分析,主要贡献包括: 1.对于造成采样时基误差中的确定性时基偏差问题,从理论上分析了在工程应用中两种常用的时基偏差估计算法估计性能优缺点,并利用仿真实验进行验证。由于其中分解信号法算法本身固有的缺陷,在对时基偏差变化过快,或是变化不连续时的估计性能将大幅下降,而正弦拟合法则无此缺点,考虑到实际应用中不知道时基偏差使得分解信号法适用范围较窄,作者针对正弦拟合算法需要对不同相位校准信号进行多次采样后才能得到较为准确的时基偏差估计值的问题,提出了一种基于正弦拟合时基偏差估计算法的三点逼近改进估计方法,并利用实验证明该方法可以有效地提高对采样时基偏差估计性能。 2.非均匀采样周期信号重建问题的实质就是在已知时基偏差后,利用非均匀采样序列得到原信号的均匀采样序列。对周期信号采样序列重建问题,提出了一种基于采用时域布莱克曼窗减少频谱泄漏的自适应迭代重建算法,该算法利用对采样序列加窗的方法,有效地降低采样长度为非整数倍信号周期所产生的频谱泄漏。并利用最小化误差能量方法,求出迭代算法公式的自适应系数。配合改进正弦拟合时基偏差估计算法,可以在较少迭代次数下得到相当精确的信号重建。 3.对于不确定性时间抖动问题,首先研究了在对同一信号进行多次采样后,利用样本平均方法求取样本估计值时,采样时基时间抖动在统计角 电子科技大学博土论文 度卜对信号采样的影响,并推导出均值、方差、信噪比等参数从统计角度 分析了对同一信号多次采样时,时间抖动分布概率密度函数与信号频谱之 间的关系。 4.随着工程应用中对信号实时处理愈来愈高的要求,近年来,在许多 实时采样系统中,为利用现有的低速A川实现超高速数据采集,采用了前 端并行采样,后端串行多路复用技术,或称为多路A/D交替采样技术。作 者对其中所存在的非均匀采样问题进行讨论并推导了该模型采样信号频谱 结构并研究了这种模型下周期信号采样的重建问题。


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