面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法技术方案

技术编号:20270702 阅读:34 留言:0更新日期:2019-02-02 03:02
本发明专利技术涉及一种面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法,所述系统包括:窄线宽光源、光脉冲产生单元、光采样单元、光电探测单元、模数转换单元和信号处理单元;其中光脉冲产生单元,用于使用频率为Δf的射频源对窄线宽光源生成的光载波进行模拟调制,产生重复频率为Δf的光脉冲串,其光谱是梳齿间隔为Δf的光学频率梳;光采样单元利用所述光脉冲串对经由微波信号输入端口输入的微波频谱信号进行光采样,使得该微波频谱信号被上转换到光学频率梳上,再分别经过光电探测单元、模数转换单元和信号处理单元得到待测微波频谱的测量信息。本发明专利技术利用远小于奈奎斯特速率的光脉冲串对宽带微波信号进行光采样,不会受到高速电子器件的带宽限制。

【技术实现步骤摘要】
面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法
本专利技术涉及微波频谱测量
,尤其涉及一种面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法。
技术介绍
近年来,随着无线通信业务量的迅猛增长和军事防务需求的不断升级,以及其它微波应用领域的逐渐开拓(物联网、医疗传感、新能源等),使得当前电磁频谱空间的利用情况越来越复杂。为了提升低频段资源的利用效率,有效合理的开发利用高频段资源,各种应用场景对宽带微波频谱检测提出了更高、更多样的要求,主要包括,更大的检测带宽,更高的检测效率,更高的分辨率,更大的动态范围,更优异的费效比,更广泛的通用性等。当前基于电子器件的微波频谱检测系统已经相当成熟,但主要受到电子器件带宽的限制,尤其是ADC采样率,对宽带微波频谱的检测能力非常有限。与电子器件不同,在光频段,光学和光子学器件具有超大带宽、超快时间响应、低损耗、低噪声和超快的信号处理(采样抖动可以达到<10fs,高的带间频率转换效率等)和抗电磁干扰等优势,因而通过微波技术与光子技术的交叉融合,将微波信号上变频到光频段,通过光域的高速采样和电域的低速采样相结合的方式,可以显著降低宽带微波信号从模拟域到数字域转换过程中的带宽需求,进而突破传统电子器件的固有瓶颈,实现宽带微波频谱的检测。目前基于光子的微波频谱检测技术有多种类型,其中比较有代表性的是光子基压缩采样技术。该技术一般采用由高速数字编码调控的光脉冲串实施宽带微波信号的光采样,再利用远低于奈奎斯特速率的电采样器实施电采样,然后对电采样信号进行数字信号处理以还原原始的宽带微波频谱。由于宽带微波频谱具有典型的稀疏特征,所以即使原始宽带微波信号在光电采样过程中被压缩到电采样带宽内而发生混叠,但通过合适的重建算法,可以实现原始信号的频谱重建。尽管该技术可以显著减小系统的分析带宽和数据量,但仍然需要大于或等于奈奎斯特速率的数字编码序列对光的采样波形进行电光调控,以实现高速的随机或伪随机光采样,这就对光采样前端的电域编码和脉冲发生器提出了很高的要求。因而,高速数字编码序列及其调控光脉冲串的产生成为这种光子基压缩采样技术的主要瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的至少一部分技术问题,提供了一种面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法。为了解决上述技术问题,本专利技术第一方面,提供了一种面向微波频谱测量的光子欠采样系统,所述系统包括:窄线宽光源,用于生成光载波;光脉冲产生单元,用于使用频率为Δf的射频源对光载波进行模拟调制,产生重复频率为Δf的光脉冲串,其光谱是梳齿间隔为Δf的光学频率梳;光采样单元,利用所述光脉冲串对经由微波信号输入端口输入的微波频谱信号进行光采样,使得该微波频谱信号被上转换到光学频率梳上;光电探测单元,用于将所述光采样单元生成的光采样信号进行下变换到电域;模数转换单元,用于对所述光电探测单元生成的下转换信号进行模数转换处理;信号处理单元,用于基于模数转换处理后的信号得到待测微波频谱的测量信息。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述信号处理单元包括:信道估计子单元,用于对采样链路导致的采样信号频谱幅度和相位失真进行校正;采样脉冲参数存储子单元,用于存储光频梳频谱的幅度和相位参数,用以构建观测矩阵;频谱重建子单元,用于根据观测矩阵和信道估计补偿校正后的观测值矢量所构建的欠定方程组,进行近似求解,实现原始信号的频谱重建。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述光采样单元为电光强度调制器,所述光电探测单元为零差相干探测器,所述系统还包括:光功分器,其输入端与所述窄线宽光源连接,用于将光载波分成两路输出,其中第一路信号输入所述光脉冲产生单元生成光脉冲串,第二路信号输出给所述零差相干探测器作为本振光;所述零差相干探测器用于将电光强度调制器生成的光采样信号与本振光进行混合和光电相干下变换到电域。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述系统包括n组光功分器、光脉冲产生单元、电光强度调制器、零差相干探测器和模数转换单元,n为多频率光载波的频率数量;所述系统还包括:总光功分器,其输入端与所述窄线宽光源连接,用于将光载波分成单频率的多通道光载波,并分别输送给一组光功分器、光脉冲产生单元、电光强度调制器、零差相干探测器和模数转换单元进行处理后汇总至所述信号处理单元。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述窄线宽光源为窄线宽激光器阵列,用于输出多频率光载波;所述光采样单元为电光强度调制器;所述零差相干探测器和模数转换单元均为n个,n为通道数量;所述系统还包括:光功分器,其输入端与所述窄线宽激光器阵列连接,用于将所述多频率光载波分成两路输出,其中第一路的多频率光载波共同通过所述光脉冲产生单元和电光强度调制器进行调制,第二路多频率光载波输出作为本振光;第一光滤波器,其输入端与电光强度调制器的输出端连接,用于将电光强度调制器调制后的多频率光载波滤出到n个信道中;第二光滤波器,其输入端与光功分器的输出端连接,用于将第二路多频率光载波滤出到n个信道中;每个所述零差相干探测器的输入端与所述第一光滤波器和第二光滤波器连接,用于处理一个信道的光载波信号,进行混合和相干光电下变换;多通道下变换信号经过模数转换单元的模数转换,成为数字信号。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述光电探测单元为零差相干探测器或者非相干光电探测器。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述光脉冲产生单元包括:射频源,用于产生频率为Δf的射频信号;电功分器,其输入端与所述射频源连接,用于将待测射频信号分成两路输出;第一电放大器,其输入端与电功分器的第一路输出端连接,用于对第一路微波信号进行放大;电相移器,其输入端与电功分器的第二路输出端连接,用于对第二路微波信号进行相位移动;第二电放大器,其输入端与电相移器的输出端连接,用于对相位移动后的第二路微波信号进行放大;相位调制器,其输入端与窄线宽光源的输出端连接,且通过放大后的第一路微波信号进行相位调制;强度调制器,其输入端与相位调制器的输出端连接,且通过放大后的第二路微波信号进行强度调制输出频率为Δf的光脉冲串。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统中,可选地,所述零差相干探测器包括:90°混合器,其用于将电光强度调制器生成的光采样信号与本振光进行混合;第一光电平衡探测器,与所述90°混合器连接,用于输出下变换信号的同相成分;第二光电平衡探测器,与所述90°混合器连接,用于输出下变换信号的正交相成分。本专利技术还提供了一种面向微波频谱测量的光子欠采样方法,所述方法包括:产生光载波;使用频率为Δf的射频源对光载波进行模拟调制,产生重复频率为Δf的光脉冲串,其光谱是梳齿间隔为Δf的光学频率梳;利用所述光脉冲串对经由微波信号输入端口输入的微波频谱信号进行光采样,使得该微波频谱信号被上转换到光学频率梳上;将所述光采样单元生成的光采样信号进行下变换到电域;对所述光电探测单元生成的下转换信号进行模数转换处理;基于模数转换处理后的信号得到待测微波频谱的测量信息。在本专利技术所述的面向微波频谱测量的光子欠采样方法中,可选地,所述基于模数转换处理后的信号得到待本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种面向微波频谱测量的光子欠采样系统,其特征在于,所述系统包括:窄线宽光源,用于生成光载波;光脉冲产生单元,用于使用频率为Δf的射频源对光载波进行模拟调制,产生重复频率为Δf的光脉冲串,其光谱是梳齿间隔为Δf的光学频率梳;光采样单元,利用所述光脉冲串对经由微波信号输入端口输入的微波频谱信号进行光采样,使得该微波频谱信号被上转换到光学频率梳上;光电探测单元,用于将所述光采样单元生成的光采样信号进行下变换到电域;模数转换单元,用于对所述光电探测单元生成的下转换信号进行模数转换处理;信号处理单元,用于基于模数转换处理后的信号得到待测微波频谱的测量信息。

【技术特征摘要】
1.一种面向微波频谱测量的光子欠采样系统,其特征在于,所述系统包括:窄线宽光源,用于生成光载波;光脉冲产生单元,用于使用频率为Δf的射频源对光载波进行模拟调制,产生重复频率为Δf的光脉冲串,其光谱是梳齿间隔为Δf的光学频率梳;光采样单元,利用所述光脉冲串对经由微波信号输入端口输入的微波频谱信号进行光采样,使得该微波频谱信号被上转换到光学频率梳上;光电探测单元,用于将所述光采样单元生成的光采样信号进行下变换到电域;模数转换单元,用于对所述光电探测单元生成的下转换信号进行模数转换处理;信号处理单元,用于基于模数转换处理后的信号得到待测微波频谱的测量信息。2.根据权利要求1所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统,其特征在于,所述信号处理单元包括:信道估计子单元,用于对采样链路导致的采样信号频谱幅度和相位失真进行校正;采样脉冲参数存储子单元,用于存储光频梳频谱的幅度和相位参数,用以构建观测矩阵;频谱重建子单元,用于根据观测矩阵和信道估计补偿校正后的观测值矢量所构建的欠定方程组,进行近似求解,实现原始信号的频谱重建。3.根据权利要求1所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统,其特征在于,所述光采样单元为电光强度调制器,所述光电探测单元为零差相干探测器,所述系统还包括:光功分器,其输入端与所述窄线宽光源连接,用于将光载波分成两路输出,其中第一路信号输入所述光脉冲产生单元生成光脉冲串,第二路信号输出给所述零差相干探测器作为本振光;所述零差相干探测器用于将电光强度调制器生成的光采样信号与本振光进行混合和光电相干下变换到电域。4.根据权利要求3所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统,其特征在于,所述系统包括n组光功分器、光脉冲产生单元、电光强度调制器、零差相干探测器和模数转换单元,n为通道数量;所述系统还包括:总光功分器,其输入端与所述窄线宽光源连接,用于将光载波分成单频率的多通道光载波,并分别输送给一组光功分器、光脉冲产生单元、电光强度调制器、零差相干探测器和模数转换单元进行处理后汇总至所述信号处理单元。5.根据权利要求3所述的面向微波频谱测量的光子欠采样系统,其特征在于,所述窄线宽光源为窄线宽激光器阵列,用于输出多频率光载波;所述光采样单元为电光强度调制器;所述零差相干探测器和模数转换单元均为n个,n为多频率光载波的频率数量;所述系统还包括:光功分器,其输入端与所述窄线宽激光器阵列连接,用于将所述多频率光载波分成两路输出,其中第一路的多频率光载波共同通过所述光脉冲产生单元和电光强度调制器进行调制,第二路多频率光载波输出作为本振光;第一光滤波器,其输入端与电光强度调制器的输出端连...

【专利技术属性】
技术研发人员:高光宇梁启军刘乃金
申请(专利权)人:中国空间技术研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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