基于多通道的高速并行采样信号重建算法研究

摘要

随着现代电子信息技术的快速发展，信号高速采样的应用越来越广泛。例如在宽带测试系统、雷达、遥测遥感、图像处理、宽带模拟IC等方面都需要用到高速数据采集系统。但根据奈奎斯特原理，要想完全无损地重建信号，采样频率至少是信号频率的两倍以上。实际上，在高速信号领域，单片的ADC并没有达到如此高的采样率。于是在20世纪80年代，一些研究学者提出的时间交织采样结构有效地解决了这个问题，多通道并行采样系统就是采用多片低速ADC形成的时间交织结构对信号进行采样，并在后端进行组合，从而实现了对信号的高速采样。实际的TIADC（Time-interleaved Analog-to-digital Converter）系统由于各个通道间的失配误差（偏置误差、增益误差、时间误差）的存在，使得采样后的信号形成了非均匀采样波形，并引入了杂乱频谱。因此要想完全重建信号，首先要对信号之间的失配误差进行估计，然后对这些误差进行有效地校准。
　　本研究主要内容包括：⑴对失配误差的估计进行了改进。经典的正弦拟合法在进行误差估计的时候，大多需要事先知道信号的频率。而在大多数应用中，信号的频率是无法准确得知的。因此，本文对失配误差的估计进行了“两步分解”。首先，采用基于相位差的快速傅里叶变换对信号的频率进行了精确的估计，再采用经典的正弦拟合法对信号进行失配误差的估计。将这两种算法结合，这样就可以在无需知道信号频率的情况下，也可以对信号进行精准的失配误差估计。⑵对时基误差的校准采用了三次样条插值法，并且根据采样后信号形成的周期特性，对运算进行了简化。在采样只存在时基误差的情况，对三次样条插值法进行信号重建做了详细的阐述说明，利用形成的周期非均匀采样的周期性对三次样条插值法进行了改进，降低了运算的复杂度。对分数延迟滤波器进行信号重建做了理论推导，并对比三次样条插值法和分数延迟滤波器法。⑶采取matlab仿真验证。仿真结果表明，使用两种算法结合，对于通道失配误差的估计是可行的，并且误差估计精度较高。而在信号重建方面，改进后的三次样条插值法在无杂散动态范围和信噪比等关键指标方面得到明显提升。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 多通道高速并行采样技术的国内外研究现状

1.3 研究的主要内容

第二章 多通道高速并行采样系统

2.1 高速数据采集基础

2.2 多通道高速并行采样系统的建模

2.3 多通道并行采样系统误差分析

2.4 多通道并行采样系统信号重建评价指标

2.5 本章小结

第三章 TIADC系统通道失配误差估计

3.1 传统的非均匀误差估计方法

3.2通道失配误差综合估计

3.3改进后的通道失配误差估计算法与仿真验证

3.4本章小结

第四章 TIADC系统采样信号的重建

4.1 偏置误差和增益误差的校正

4.2 分数延迟滤波器重构法

4.3三次样条插值重构法

4.4 改进后的三次样条插值法和分数滤波器重建比较

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果