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随着无线通信技术的迅猛发展,无线频谱资源显得愈为稀缺,其高效管理和利用对于军事和民用都有着重大的意义。与之密切相关的是频谱的监测,传统的奈奎斯特采样需要至少两倍信号带宽的采样速率才能进行无失真采样。随着无线通信技术逐年向更高频发展,过高的采样速率使模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)成为新型接收机的瓶颈。压缩感知(Compressive Sensing,CS)技术的日益成熟,使得基于次奈奎斯特采样的接收机成为可能。这种新型采样技术不仅降低了接收机对ADC的要求,采样的过程中即完成对信号的压缩,同时也减轻了系统数据存储的成本。因此人们迫切地想将这种新型理论应用于实际生产当中。例如非均匀采样(Nonuniform Sampling,NUS)系统,调制宽带转换(Modulated Wideband Converter,MWC)系统都是早期压缩感知应用的典型代表。本文基于快速压缩功率谱估计算法研究并实现了压缩采样超宽带频谱估计系统,其算法时间复杂度与次奈奎斯特样本数L和选择的下采样因子N成线性关系。所做工作如下:1)快速压缩功率谱估计算法的实现与时间复杂度分析;2)硬件电路的仿真与印刷电路板设计,并进行元器件焊接与调试,将实际电路测试的数据与仿真数据作对比,确保硬件电路满足设计要求。3)基于设计的硬件实现了八通道并行采样的多陪集采样架构,并完成了可编程门阵列(Filed-programmable Gate Array,FPGA)到计算机的数据传输,使ADC采集到的次奈奎斯特样本能够发送至计算机进行实时功率谱重构;4)算法验证及系统性能分析,深入探讨了系统中存在的问题及解决方案。在不同信噪比场景绘制了接收机工作特性(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线,并与现有的频域功率谱重构方法进行了性能对比。最终本文实现了仅用八路80MHz的ADC完成对0~1GHz带宽内的实时频谱感知,相较于现有的研究,本文实现的系统实时性高,重构算法复杂度低,频谱估计准确且在低信噪比环境性能优异。