多通道光模数转换系统中宽带信号采集通道失配校正方法技术方案

一种多通道模数转换系统中宽带信号的通道失配校正方法，适用于多通道光模数转换系统，包括步骤信号量化处理，短时傅里叶变换，计算延时误差Δtn和幅度误差an，进行失配补偿等步骤。本发明专利技术消除宽带信号量化频谱混叠效应，从而实现宽带信号采样中的通道失配校正技术，消除了通道失配产生的杂散信号，保证了较高的量化精度，可广泛用于超宽带雷达、瞬态信号检测、对抗、高能物理等领域的高速宽带信号采集与处理等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光信息处理，具体是一种多通道光模数转换系统中宽带信号采集通道失配的校正方法。
技术介绍
光学模数转换技术(PADC)利用光子学的高速、宽带的特点实现对高速信号的采集和处理，具有高采样率、大带宽、无电子瓶颈和便于并行处理等优点，是一种实现超高速模数转换的有效途径。目前已提出多种光模数转换技术方案，包括光学辅助的模数转换器、光采样电量化的模数转换器、电采样光量化的模数转换器和全光模数转换器。其中，光采样电量化的模数转换器能同时利用光子学的大带宽、高精度以及成熟的电量化技术等优点，成为目前光电子领域的一大研究热门。目前，光学模数转换两个主要发展方向分别是超高采样率与超高精度。对于前者，为得到超高采样率，光采样电量化的模数转换器一般采取多通道复用技术，如基于波分复用的方案(T.R.Clark,J.U.KangandR.D.Esman,“Performanceofatimeandwavelengthinterleavedphotonicsamplerforanalog-digitalconversion,”IEEEPhoton.Tech.Lett.,vol.11,1168～1169,1999)，和基于时分复用技术的方案(A.YarivandR.G.M.P.Koumansetal.,“Timeinterleavedopticalsamplingforultra-highspeedA/Dconversion,”ElectronicsLetters,34(21):2012-2013,1998)。基于多通道复用的光模数转换方案的性能很大程度上取决于通道匹配程度，因此通道匹配的标定非常重要(邹卫文，杨光，张华杰，陈建平.超高速光采样时钟的多通道失配测量方法及测量补偿装置:中国,CN201410567490.3,2014)。然而在另一方面，实际应用中对于不同频段的模拟输入信号，一般需要不同采样率的模数转换器，传统的模数转换装置均为固定采样频率，对于过高或过低的输入频率容易造成性能不足或性能浪费，这就对光模数转换中光采样率的可重构性提出了要求。在多通道复用的模数转换方案中，为实现光采样率的可重构性，一般会通过改变复用通道数来改变重频倍增数，进而改变总的光采样率。然而，复用通道数的改变往往会导致通道匹配的破坏，对通道进行重新标定和匹配又会造成重构响应速率的下降。因此，为了保证光模数转换系统的性能及重构响应速率，需要一种在不破坏通道匹配精度的前提下实现采样率可重构的光模数转换方案(邹卫文，杨光，陈建平.采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置:中国，CN201510785573.4,2015)。在许多信号传输实际应用中，采用的往往是带宽信号，宽带信号是由基带信号调制到一个远高于信号带宽的中心频率上得到的。假设带通信号的上截止频率为fH，下截止频率为fL。在传统的Nyquist采样系统中，必须满足采样速率fS大于被采样信号最高频率fH的2倍这一条件，才可以保证在频谱上采样后的信号没有混叠现象发生。然而对于宽带信号采样系统，一般情况下，fH是一个比较大的值，如果仍然按照上述条件，则对采样系统的采样率和器件的处理速度提出了很高的要求，往往会造成采样率的浪费且将导致成本的上升。实际上，在宽带信号的采样系统中并不需要严格满足这一定理，可按照带通采样定理来确定合适的采样频率，又称为欠采样、谐波采样、超奈奎斯特采样等。这样既可以保证最终可以没有失真地对信号进行恢复，同时又不会造成过高采样率的浪费。在多通道宽带信号采样过程中，通道间幅度和延时的失配是决定采样性能的关键，因此我们提出了一种宽带信号采集的通道失配的校正方法来重建采样信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种多通道光模数转换系统中宽带信号采集的通道失配校正方法，采用多参数傅里叶变换法，消除宽带信号量化频谱混叠效应，从离散的频谱中提取通道的幅度和延时适配，进而对光模数转换系统中的通道适配进行校正，消除了通道适配的杂散信号，保证了多通道光模数转换系统中带宽信号的量化精度。本专利技术的技术方案如下：一种多通道光模数转换系统中宽带信号采集的通道失配校正方法，所述的多通道光模数转换系统，包含光源模块、多通道复用模块、电光采样模块、解复用模块、光电转换模块和数字化模块；该方法包括如下步骤：步骤1、光源模块产生的光载波经过多通道复用模块产生复用信号的光载波输入电光采样模块，同时，待采样宽带信号通过电光采样模块加载到所述的复用信号的光载波，电光信号采样模块输出的携带被采样信号信息的光载波进入解复用模块，解复用为多个通道，解复用后的每路信号再经过光电转换模块，将光信号转换为电信号，被转换的多路电信号经过数字化模块后进行量化处理；步骤2、经量化处理后获得量化结果，具体如下：对于待采样宽带信号，在时刻t＝T0，等效为瞬时输入f0的点频输入，得到的量化结果公式如下：其中，电光采样模块的响应TM(t)由输入信号f0确定，即待采样宽带信号；k表示数字化采样的点数，an＝GnRPD,nAn与Δtn分别表示量化的幅度和时间偏差；步骤3、对t＝T0时刻的宽带信号的量化结果进行短时傅里叶变换变换，结果表示为S[t,ω]：其中，S[T0,ω]为t＝T0时刻信号量化结果的多参数傅里叶变换的时频信息，也是该时刻信号的频谱信息，ωIN＝2πf0TS为时刻t＝T0时的系统归一化输入角频率，M＝πV0/Vπ定义为光电采样模块的调制深度，J2m+1为第2m+1阶贝塞尔函数：步骤4、计算延时误差Δtn和幅度误差an，每个通道的幅度误差an和延时误差Δtn由或的DFT反变换得到，公式如下：或步骤5、根据延时误差Δtn和幅度误差an进行失配补偿，得到补偿结果，公式如下：其中，其中和分别为和的反傅里叶变换，和和分别为和VQ[ω]的正部和负部，为无通道失配的频谱，VQ[ω]为通道失配频谱，h0[k]＝F-1{H0[ω]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道光模数转换系统中宽带信号采集的通道失配校正方法，所述的多通道光模数转换系统，包含光源模块(1)、多通道复用模块(2)、电光采样模块(4)、解复用模块(5)、光电转换模块(6)和数字化模块(7)；其特征在于，该通道失配校正方法包括如下步骤：步骤1、光源模块(1)产生的光载波经过多通道复用模块(2)产生复用信号的光载波输入电光采样模块(4)，同时，待采样宽带信号(3)通过电光采样模块(4)加载到所述的复用信号的光载波，电光信号采样模块(4)输出的携带被采样信号信息的光载波进入解复用模块(5)，解复用为多个通道，解复用后的每路信号再经过光电转换模块(6)，将光信号转换为电信号，被转换的多路电信号经过数字化模块(7)后进行量化处理；步骤2、经量化处理后获得量化结果(8)，具体如下：对于待采样宽带信号(3)，在时刻t＝T0，等效为瞬时频率f0的点频输入，得到的量化结果公式如下：vQ[k]=Σn=1NanTM[kNTS+(n-1)TS+Δtn],---(3)]]>其中，电光采样模块的响应TM(t)由输入信号f0确定，即待采样宽带信号(3)；k表示数字化采样的点数，an＝GnRPD,nAn与Δtn分别表示量化的幅度和时间偏差。步骤3、对t＝T0时刻的宽带信号的量化结果(8)进行短时傅里叶变换变换，变换结果(9)表示为S[t,ω]：VQ[ω]=S[T0,ω]=π(Σk=0N-1Σm=1∞βk+(-1)m+1J2m-1(M)δ[ω-(2m-1)ωIN-2πkN]+Σk=0N-1Σm=1∞βk-(-1)m+1J2m-1(M)δ[ω+(2m-1)ωIN-2πkN]),---(4)]]>其中，S[T0,ω]为信号量化结果(8)t＝T0时的多参数傅里叶变换的时频信息，也是该时刻的信号的频谱信息，ωIN＝2πf0TS为t＝T0时的系统归一化输入角频率，M＝πV0/Vπ定义为光电采样模块的调制深度，J2m+1为第2m+1阶贝塞尔函数：βk+=1NΣn=1Nanej2πωINΔtne-j2πk(n-1)N,βk-=1NΣn=1Nane-j2πωINΔtne-j2πk(n-1)N,---(5)]]>步骤4、计算延时误差Δtn和幅度误差an，每个通道的幅度误差an和延时误差Δtn由或的DFT反变换得到，公式如下：an=|Σk=0N-1βk+ej2πk(n-1)N|,Δtn=1ΩINarg(Σk=0N-1βk+ej2πk(n-1)N).---(6)]]>或an=|Σk=0N-1βk-ej2πk(n-1)N|,Δtn=1ΩINarg(Σk=0N-1βk-ej2πk(n-1)N).---(6,)]]>步骤5、根据延时误差Δtn和幅度误差an进行失配补偿，得到补偿结果(9)，公式如下：v~Q+[k]v~Q-[k]=H-1vQ+[k]vQ-[k],H=(a1+a2ej2πf0δt)/2ejπk(a1-a2e-j2πf0δt)/2e-jπk(a1-a2ej2πf0δt)/2(a1+a2e-j2πf0δt)/2,---(10)]]>其中，vQ+[k]=h0[k]*v~Q+[k]+ejπkh1[-k]*v~Q-[k],vQ-[k]=h0[-k]*v~Q-[k]+e-jπkh1[k]*v~Q+[k],---(9)]]>其中和分别为和的反傅里叶变换，和分别为和VQ[ω]的正部和负部，为无通道失配的频谱，VQ[ω]为通道失配频谱，h0[k]＝F‑1{H0[ω]},h1[k]＝F‑1{H1[ω]}。...

【技术特征摘要】
1.一种多通道光模数转换系统中宽带信号采集的通道失配校正方法，所述的多通道光模数转换系统，包含光源模块(1)、多通道复用模块(2)、电光采样模块(4)、解复用模块(5)、光电转换模块(6)和数字化模块(7)；其特征在于，该通道失配校正方法包括如下步骤：步骤1、光源模块(1)产生的光载波经过多通道复用模块(2)产生复用信号的光载波输入电光采样模块(4)，同时，待采样宽带信号(3)通过电光采样模块(4)加载到所述的复用信号的光载波，电光信号采样模块(4)输出的携带被采样信号信息的光载波进入解复用模块(5)，解复用为多个通道，解复用后的每路信号再经过光电转换模块(6)，将光信号转换为电信号，被转换的多路电信号经过数字化模块(7)后进行量化处理；步骤2、经量化处理后获得量化结果(8)，具体如下：对于待采样宽带信号(3)，在时刻t＝T0，等效为瞬时频率f0的点频输入，得到的量化结果公式如下：vQ[k]=Σn=1NanTM[kNTS+(n-1)TS+Δtn],---(3)]]>其中，电光采样模块的响应TM(t)由输入信号f0确定，即待采样宽带信号(3)；k表示数字化采样的点数，an＝GnRPD,nAn与Δtn分别表示量化的幅度和时间偏差。步骤3、对t＝T0时刻的宽带信号的量化结果(8)进行短时傅里叶变换变换，变换结果(9)表示为S[t,ω]：VQ[ω]=S[T0,ω]=π(Σk=0N-1Σm=1∞βk+(-1)m+1J2m-1(M)δ[ω-(2m-1)ωIN-2πkN]+Σk=0N-1Σm=1∞βk-(-1)m+1J2m-1(M)δ[ω+(2m-1)ωIN-2πkN]),---(4)]]>其中，S[T0,ω]为信号量化结果(8)t＝T0时的多参数傅里叶变换的时频信息，也是该时刻的信号的频谱信息，ωIN＝2πf0TS为t＝T0时的系统归一化输入角频率，M＝πV0/Vπ定义为光...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹卫文，杨光，于磊，袁野，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31