一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法，所述复制移频系统包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，本发明专利技术通过将瞬态信号和移频信号调制到光波相位上，采用光学技术对多路调相光信号进行处理，最后由光电合成转换得到固定周期的复制移频信号。本发明专利技术能够对单个宽带瞬态信号进行复制和移频处理，显著提高现有光子传感系统对心脏和血管的血流动力学参数异常变化的感知能力，具有带宽大、信噪比高、响应速度快、保真度高等优点，对于生物医学传感等领域中宽带瞬态信号的截获和测量具有重要的应用价值。截获和测量具有重要的应用价值。截获和测量具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法


[0001]本专利技术属于宽带射频信号接收处理
，具体涉及一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法。

技术介绍

[0002]生物医学工程采用射频光子传感技术对人体心脏和血管的血流动力学参数进行高精度监测。射频光子传感技术具有灵敏度高、稳定性好、分辨率高、生物安全性好、系统复杂度低、不受电磁干扰等优点，可满足各种临床特别是重症监护（ICU）、核磁共振（MRI）等环境下对人体参数高精度及安全监测的需求。
[0003]在射频光子传感设备中，将射频信号调制到光波上，通过高精度光学传感单元感知人体心脏和血管的血流动力学参数，并将参数映射到调制光信号的幅度、频率、相位等物理量上，最后再通过光电探测器将调制光信号转换回射频信号，信号处理单元处理和提取射频信号特性，从而得到人体的待测参数。由于受到高速采集和实时处理能力的限制，现有信号处理单元对异常出现的单个宽带瞬态信号很难捕获和测量，仅能处理具有一定时间平稳特性的射频信号，这就会造成对偶然出现的心脏和血管的血流动力学参数异常变化无法感知，影响临床精准诊断和及时处理。为了测量单个宽带瞬态信号，在信号采集和处理之前，必须要对瞬态信号进行复制和移频，保证在时域上产生固定周期的脉冲信号序列，同时在频域上进行多普勒频率移动以补偿血流速度变化。
[0004]因此，本专利技术提供了一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法，以至少解决上述部分技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法，以至少解决上述部分技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种宽带瞬态信号的复制移频系统，所述系统包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，所述信号预处理单元包括瞬态信号输入端、移频信号输入端、以及与瞬态信号输入端对应的同相射频信号输出端和正交射频信号输出端、以及与移频信号输入端对应的同相移频信号输出端和正交移频信号输出端，同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接到多通道电光相位转换单元，所述多通道电光相位转换单元的四路调相光信号输出端连接到光信号处理单元，所述光信号处理单元的两路复制光信号输出端和两路放大光信号输出端连接到多通道光电合成转换单元。
[0007]进一步地，所述信号预处理单元包括正交耦合器1和正交耦合器2，所述正交耦合器1用于接收瞬态信号，所述正交耦合器2用于接收移频信号；所述瞬态信号为脉冲信号，同相射频信号、正交射频信号和瞬态信号的频率、脉冲
宽度相同，同相射频信号和正交射频信号的相位相差为90
°
；所述移频信号为连续波信号，同相移频信号和正交移频信号的相位相差为90
°
。
[0008]进一步地，所述多通道电光相位转换单元包括激光器，与激光器连接的1
×
4光耦合器，以及与1
×
4光耦合器连接的光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3、光相位调制器4分别与同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接。
[0009]进一步地，所述光信号处理单元包括分别与光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4一对一连接的光纤复制环路1、光纤复制环路2、光放大器3和光放大器4；光纤复制环路1包括2
×
2光耦合器1、与2
×
2光耦合器1连接的光放大器1、与光放大器1连接的光延迟线1、以及与光延迟线1连接并且连接到2
×
2光耦合器1的可调光衰减器1；光纤复制环路2包括2
×
2光耦合器2、与2
×
2光耦合器2连接的光放大器2、与光放大器2连接的光延迟线2、以及与光延迟线2连接并且连接到2
×
2光耦合器2的可调光衰减器2。
[0010]进一步地，所述多通道光电合成转换单元包括2
×
2光开关、可调光衰减器3、可调光衰减器6、与2
×
2光开关连接的可调光衰减器4和可调光衰减器5、与可调光衰减器3和可调光衰减器4连接的1
×
2光耦合器1，与可调光衰减器5和可调光衰减器6连接的1
×
2光耦合器2，以及与1
×
2光耦合器1和1
×
2光耦合器2连接的平衡光探测器。
[0011]本专利技术还提供了一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，所述方法为信号预处理单元同时输入一路瞬态信号和一路移频信号，信号预处理单元基于瞬态信号输出同相射频信号、正交射频信号至多通道电光相位转换单元，信号预处理单元基于移频信号输出同相移频信号和正交移频信号至多通道电光相位转换单元；多通道电光相位转换单元输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4并且输入至光信号处理单元；光信号处理单元处理后输出复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2；复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2最后通过多通道光电合成转换单元得到输出信号。
[0012]进一步地，激光器发出一路激光，激光经过1
×
4光耦合器功分为功率相等的四路光波，所述四路光波分别输入光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4；同相射频信号、正交射频信号、同相移频信号和正交移频信号对来自同一路激光的四路光波进行并行相位调制，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4分别输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4。
[0013]进一步地，调相光信号1输入2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1再输入至2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1输入至2
×
2光耦合器1，不断重复最终得到复制光信号1，复制光信号1为固定周期T的调相光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述同相射频信号；调相光信号2输入2
×
2光耦合器2，2
×
2光耦合器2输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2再输入至2
×
2光耦合器2，2
×
2光耦合器2又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2输入至2
×
2光耦合器2，不断重复最终得到复制光信号2，复制光信号2为固定周期T的调相
光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述正交射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，所述信号预处理单元包括瞬态信号输入端、移频信号输入端、以及与瞬态信号输入端对应的同相射频信号输出端和正交射频信号输出端、以及与移频信号输入端对应的同相移频信号输出端和正交移频信号输出端，同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接到多通道电光相位转换单元，所述多通道电光相位转换单元的四路调相光信号输出端连接到光信号处理单元，所述光信号处理单元的两路复制光信号输出端和两路放大光信号输出端连接到多通道光电合成转换单元。2.根据权利要求1所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述信号预处理单元包括正交耦合器1和正交耦合器2，所述正交耦合器1用于接收瞬态信号，所述正交耦合器2用于接收移频信号；所述瞬态信号为脉冲信号，同相射频信号、正交射频信号和瞬态信号的频率、脉冲宽度相同，同相射频信号和正交射频信号的相位相差为90
°
；所述移频信号为连续波信号，同相移频信号和正交移频信号的相位相差为90
°
。3.根据权利要求2所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述多通道电光相位转换单元包括激光器，与激光器连接的1
×
4光耦合器，以及与1
×
4光耦合器连接的光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3、光相位调制器4分别与同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接。4.根据权利要求3所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述光信号处理单元包括分别与光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4一对一连接的光纤复制环路1、光纤复制环路2、光放大器3和光放大器4；光纤复制环路1包括2
×
2光耦合器1、与2
×
2光耦合器1连接的光放大器1、与光放大器1连接的光延迟线1、以及与光延迟线1连接并且连接到2
×
2光耦合器1的可调光衰减器1；光纤复制环路2包括2
×
2光耦合器2、与2
×
2光耦合器2连接的光放大器2、与光放大器2连接的光延迟线2、以及与光延迟线2连接并且连接到2
×
2光耦合器2的可调光衰减器2。5.根据权利要求4所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述多通道光电合成转换单元包括2
×
2光开关、可调光衰减器3、可调光衰减器6、与2
×
2光开关连接的可调光衰减器4和可调光衰减器5、与可调光衰减器3和可调光衰减器4连接的1
×
2光耦合器1，与可调光衰减器5和可调光衰减器6连接的1
×
2光耦合器2，以及与1
×
2光耦合器1和1
×
2光耦合器2连接的平衡光探测器。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，信号预处理单元同时输入一路瞬态信号和一路移频信号，信号预处理单元基于瞬态信号输出同相射频信号、正交射频信号至多通道电光相位转换单元，信号预处理单元基于移频信号输出同相移频信号和正交移频信号至多通道电光相位转换单元；多通道电光相位转换单元输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4并且输入至光信号处理单元；光信号处理单元处理后输出复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2；复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2最后通过多通道光电合成转换单元得到输出信号。
7.根据权利要求6所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，激光器发出一路激光，激光经过1
×
4光耦合器功分为功率相等的四路光波，所述四路光波分别输入光相位调...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志颖，陈吉欣，
申请(专利权)人：四川省医学科学院，
类型：发明
国别省市：