一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，屬于射頻識(shí) 別和信號(hào)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲表面波（SAW)技術(shù)是在上個(gè)世紀(jì)的中后期發(fā)展起來(lái)的，是一種由聲學(xué)、電子學(xué)、 信號(hào)處理等學(xué)科結(jié)合起來(lái)興起的新技術(shù)。由于聲表面波器件可以作為一種無(wú)線傳感器，可 以對(duì)溫度、壓力、濕度、扭矩、拉力等物理量進(jìn)行測(cè)量，并且不需要對(duì)其提供電源，因而可以 應(yīng)用在很多惡劣的條件下進(jìn)行眾多物理參數(shù)的測(cè)量。
[0003] SAW標(biāo)簽工作原理是將聲表面波閱讀器發(fā)射的電磁波脈沖信號(hào)通過(guò)聲表面波標(biāo)簽 上的叉指換能器轉(zhuǎn)化為聲表面波，遇到反射柵后形成回波，回波又重新通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn) 化為電磁波，利用反射回的電磁波包含的反射柵數(shù)目和位置信息實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽編碼。
[0004] 隨著聲表面波標(biāo)簽的微型化，反射柵的間距變得很小，因此提高聲表面波閱讀器 接收精度對(duì)聲表面波器件測(cè)量精度起著重要的作用。為此，我們提出一種基于壓縮感知提 高聲表面波閱讀器接收精度的方法，利用聲表面波標(biāo)簽反射回波存在的空間稀疏性，構(gòu)建 一個(gè)升維測(cè)量矩陣和對(duì)應(yīng)的過(guò)完備字典，使得信號(hào)能在采樣率一定情況下更加精確的恢復(fù) 出原始信號(hào)的信息，提高閱讀器接收精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于為了解決上述問(wèn)題，提出一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器 接收精度的方法，從而使反射柵定位更加準(zhǔn)確。
[0006] 本發(fā)明的一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，包括如下步 驟：
[0007] 步驟1 :建立聲表面波標(biāo)簽閱讀器系統(tǒng)信號(hào)模型，確定聲表面波反射信號(hào)稀疏表 示形式；
[0008] 由于聲表面波標(biāo)簽閱讀器發(fā)射的電磁波脈沖信號(hào)通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn)化為聲表面 波，遇到反射柵后形成回波，回波又重新通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn)化為電磁波，這其中就包含了反 射柵的數(shù)目和位置信息，它們?cè)诳臻g上是稀疏的。本發(fā)明采用了步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波（SFCW)體 制，閱讀器接收到信號(hào)的表達(dá)式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，其特征在于，包括以下幾 個(gè)步驟： 步驟1 :建立聲表面波標(biāo)簽閱讀器系統(tǒng)信號(hào)模型，確定聲表面波反射信號(hào)稀疏表示形 式； 步驟2 :根據(jù)回波模型構(gòu)建測(cè)量矩陣使稀疏系數(shù)升維來(lái)提高精度，并建立與之對(duì)應(yīng)的 稀疏基； 步驟3 :將觀測(cè)信號(hào)利用重建算法恢復(fù)出稀疏系數(shù)，并運(yùn)用插值算法來(lái)提高精度。
2. 如權(quán)利1要求所述一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，其特征 在于，所述步驟1按照如下方法得到稀疏表示： 由于聲表面波標(biāo)簽閱讀器發(fā)射的電磁波脈沖信號(hào)通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn)化為聲表面波，遇 到反射柵后形成回波，回波又重新通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn)化為電磁波，這其中就包含了反射柵 的數(shù)目和位置信息，它們?cè)诳臻g上是稀疏的。本發(fā)明采用了步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波（SFCW)體制， 閱讀器接收到信號(hào)的表達(dá)式為：
(1) 式中，Rn是第η個(gè)反射柵與閱讀器的距離，N是反射柵數(shù)目，a n是第η個(gè)反射柵的反射 系數(shù)，f是雷達(dá)發(fā)射信號(hào)頻率。將該式通過(guò)傅里葉逆變換，得到表達(dá)式：
可以得到N個(gè)δ函數(shù)，并且只有N個(gè)目標(biāo)所在處才會(huì)產(chǎn)生一個(gè)幅值等于&11的δ函數(shù)， 得到的距離像存在稀疏關(guān)系，可以確定頻域稀疏模型X = WS。 其中X = [X1, X2, ...，Xn]是反射彳目號(hào)，Ψ是基底構(gòu)成的矩陣，也就是稀疏基， '1/1=[9>1，02，...，抑]1'，每一個(gè)01(丨=1，2，...，>1)元素都是一個(gè)狀1的列向量，這里屯就是 傅里葉變換矩陣，S = [Sl，S2, ...，SN]是稀疏系數(shù)，這里也就是距離像。
3. 如權(quán)利1要求所述一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，其特征 在于，所述步驟2按照如下方法得到測(cè)量矩陣和與之對(duì)應(yīng)的稀疏基： 構(gòu)建一個(gè)測(cè)量矩陣A，它是NXM(M > N)的矩陣，由一個(gè)NXN的單位矩陣和NX (M-N) 的零矩陣組合而成：
由于測(cè)量矩陣A的升維，根據(jù)壓縮感知的觀測(cè)向量公式y(tǒng)= Φ itS，稀疏基Ψ也由NXN 升維到MXM，那么稀疏系數(shù)S就從NXl拓展到了 MXl項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了精度的提高。
4.如權(quán)利1要求所述一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，其特征 在于，所述步驟3中重建算法采用貪婪算法來(lái)逼近稀疏系數(shù)向量，并運(yùn)用插值的方法來(lái)改 善頻率參數(shù)空間離散化的影響，從而減小誤差，提高恢復(fù)信號(hào)的精度。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于壓縮感知提高聲表面波閱讀器接收精度的方法，該方法利用聲表面波標(biāo)簽反射回波存在的空間稀疏性，構(gòu)建一個(gè)升維測(cè)量矩陣和對(duì)應(yīng)的過(guò)完備字典，同時(shí)在重建算法中引入插值的思想來(lái)減小誤差，使得聲表面波閱讀器能在一定的采樣率下獲得更加精確的反射柵位置信息，讓聲表面波器件作為無(wú)線傳感器對(duì)溫度、壓力等物理量進(jìn)行更加精確的測(cè)量，有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【IPC分類(lèi)】G06K7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104766033
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510168820
【發(fā)明人】曹海林, 皮雨葦, 劉俊杰, 武小棟, 徐航
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日