压缩感知在雷电定位系统信息处理中的应用

发布时间：2020-08-28 16:19

　　传统奈奎斯特采样定理要求信号的采样频率必须大于信号最高频率的两倍,受其约束,在雷电定位系统的设计与实现过程中,为满足实时性要求和提高分辨率及精确度,定位系统在信号处理过程与硬件设备要求上面临着信号高采样率,数据处理效率慢及存储空间巨大等问题的严峻挑战。压缩感知的出现,为解决上述问题提供了一个全新的方法。压缩感知打破了奈奎斯特定理的限制,提出了只需要少量采样值即可恢复原始信号的方法。针对稀疏信号或可压缩信号,压缩感知理论在采样的同时完成对信号的压缩,其采样率远低于奈奎斯特采样定理限制下的采样率。最后,可通过合理的重构算法,精确地重构出原始信号。本文的主要研究工作有三部分。第一部分介绍压缩感知理论及其应用,重点介绍涉及本文研究内容的重构算法。第二部分是针对类似雷电信号的非零系数集中、数据量巨大的特殊结构稀疏信号,对压缩感知重构算法进行改进,即引入等距离信号分解及多核多线程的并行处理技术,成功实现对此类信号的压缩与重构。第三部分是将压缩感知技术运用于雷电定位系统信息处理当中,实现雷电定位系统对信号的高效处理的目的。同时,大大减小硬件设备对雷电信号的存储压力。经过对仿真和雷电定位系统对实际雷电信号的处理结果分析可知,基于信号分解的压感知算法可克服类似雷电信号的稀疏信号的特殊性,可成功实现对此类信号的压缩与重构,而多核多线程的并行处理技术使得信号在重构时的效率得到很大的提高。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P427.32;P412
【部分图文】：

波形,波形,雷电,定位系统

lE确识别云地闪后，我们可以对云地闪进行定位，云闪计数。计数标准为，对1msi己隶L<：度内的波形进行分析，确定有云闪脉冲，〖己录为1次。图2-4为一次典型的云地闪波形“ ：i I 1 _丨丨‘、f ?叫丨、；-- xrw^xi TFf f图2-4 —次云地闪电波形针对原始雷lU定位系统中，提取存在雷电信',」+峰Pu的数据包，提取出其数据，并在mat lab I:品示，可得到雷屯信V勾T间的关系如丨到2-5所示。18

波形图,雷电,信号,波形图

然|(|丨上述的分段方法川O喆砀螅籢-5的火数据信巧^1^然是行不通的。符先分析其原闪。由图2-5可知，从整体上看，该信M屈干稀疏彳fV么，且信号长度为.500000，稀疏度约为60000。由于信号数据量大，必须使用拆分缩感知处理。但此信号非零点比较免中，其按h述分段压缩感知方法进行分段，则会出现架些子信号段全为零位，架些子19

原始信号,信号长度

3.2 基于等间隔取点信号分解模型的压~.感知算法仿真分析首先以图3-1中的原始信号为研宄对象，该信号长度为580，稀疏度为20。将该信号分为n(n=l，2，3，4)个子信号，再进行测量、重构并进行分析。其中各个仿真过程中的参数设置如下：采样率均取/^ = 0.6。即信号长度AV观测值个数M，以及对应的观测矩阵0满足关系：M/ = 0.6

【参考文献】