一种光子辅助分布式压缩采样系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光子辅助分布式压缩采样系统，包括多波长光源

【技术实现步骤摘要】
一种光子辅助分布式压缩采样系统及其实现方法


[0001]本专利技术属于微波光子信号处理
，具体涉及一种光子辅助分布式压缩采样系统及其实现方法
。

技术介绍

[0002]数字信号处理技术具有灵活
、
高速
、
高精度以及抗干扰能力强等诸多优势，已经成为信号处理领域的主流技术
。
模数转换器
Analog
‑
to
‑
digital converter,ADC
构建了用数字信号表示
、
处理自然界信号的桥梁
。
近年来，模数转换技术不断发展，采样速率也在不断提高，但对于一些瞬时带宽大于
10GHz
的系统，如超宽带通信和雷达对抗系统，现有的
ADC
还无法满足要求
。
压缩采样理论在
2006
年被
D.L.Donoho
等人提出，该理论认为：如果信号是稀疏的，或在某个域中可以稀疏表示，那么它可以以远低于奈奎斯特速率的采样率来重建稀疏信号
。2009
年
J.A.Tropp
等人提出了采用随机解调器模型来实现压缩采样，通过随机混频
、
滤波和低速采样的结构可以重建频率稀疏信号
。
然而，基于随机解调器模型的压缩采样系统受限于电随机信号和电混频器件的带宽和性能
。
光子学技术和器件具有低损耗
、
大带宽/>、
抗干扰能力强
、
并行处理等特性，吸引了广泛的研究兴趣
。2011
年
J.M.Nichols
等人利用光子链路实现压缩采样中的混频功能，提高了压缩采样系统的带宽
。
[0003]另一方面，为了可以充分利用信号间及信号内部的关联性，
Baron
等人在压缩采样理论上提出了分布式压缩采样理论
。
在该理论中，系统具有多个分布式的节点，这些节点接收到的信号满足联合稀疏模型，发送端将各个节点进行独立的压缩采样，而接收端利用信号的相关性通过分布式压缩采样算法进行联合重建，相比与接收端对每个稀疏信号进行单独重建的场景，分布式压缩采样需要的测量值更少，并且重构精度更高
。Baron
等人还提出了三种适用于不同场景的联合稀疏模型，分别称之为
JSM
‑1，
JSM
‑2和
JSM
‑
3。JSM
‑
1、JSM
‑2和
JSM
‑3的公共部分要求频谱稀疏信号频点位置和幅度都是相同的
。
后来，
Sundman
等人提出了混合支撑集模型，在混合支撑集中公共部分只需频点位置相同，幅度可以不同，更具有普遍性和实际场景的应用
。
分布式压缩采样系统具有独特的优势，之后不断有人对其研究，但只是用电子器件进行模拟和实验，其工作带宽
、
频率监测范围受到电域自身性能的约束
。
[0004]针对以上技术问题，故需对其进行改进
。
以下内容针对信号符合混合支撑集模型的应用情况进行描述
。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种光子辅助分布式压缩采样系统及其实现方法，针对分布式宽带信号频谱监测需求，利用光载射频方式将远端节点信号拉回中心站处理，同时在中心站采用光子压缩采样技术和联合重构算法实现对远端节点信号频谱的高效压缩采样，具有光子压缩采样技术的超高带宽和光纤分布式远距离传输的优点，有望实现长距离
、
多节点
、
广覆盖的空间电磁频谱监测
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种光子辅助分布式压缩采样系统，包括远端节点中的第一波分复用器
、
第一电光调制器
、
天线
、
第二波分复用器
、
掺铒光纤放大器
EDFA、
中心站点中的多波长光源
、
解波分复用器
、
第二电光调制器
、
伪随机序列发生器
、
光电探测器
、
低通滤波器
、
采样器
、
联合重构计算模块
。
[0008]一种光子辅助分布式压缩采样系统的实现方法，包括以下步骤：
[0009]多波长光源提供
J
个波长的连续光，波长为
λ1，
λ2，
···
，直至
λ
J
，多波长光载波通过单模光纤按顺时针方向传输至第一个远端节点，在该节点，波长为
λ1的光载波通过第一波分复用器被提取出来，而其他光载波直接通过
。
由天线接收的待测频率稀疏信号通过第一电光调制器调制到光载波
λ1上，然后已调光信号与其他光波长由第二波分复用器合路后继续在光纤上传输
。
在光纤传输线路中，加入掺铒光纤放大器
EDFA
以补偿线路光功率的损失
。
同样的，在第
j(j
代表波长序号，
j≤J
个远端节点
)
，待测频率稀疏信号通过第一电光调制器调制到光载波
λ
j
上，直至第
J
个远端节点
。
携带
J
路射频信息的多波长光载波由光纤传输回到中心站
。
首先通过解波分复用器分解为
J
路光载波，每一路携带射频信息的光载波分别进入第二电光调制器与伪随机序列发生器产生的
J
个不同的伪随机序列进行混频
。
每一路的混频信号都通过光电探测器转换成电信号，然后经由低通滤波器和采样器，得到
J
组压缩采样测量值序列
y
j
[n]。
将
y
j
[n]送入信号联合重构计算模块，通过分布式压缩采样重构算法来联合恢复
J
个远端节点的待测频率稀疏信号
。
[0010]作为本专利技术的一种优选方案，所述的一种光子辅助分布式压缩采样系统的实现方法中
J
个远端节点接收到的
J
个频率稀疏信号是频域稀疏信号且满足混合支撑集模型，以表示信号之间和信号本身的相关性
。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，所述的一种光子辅助分布式压缩采样系统的实现方法中伪随机序列发生器发出的伪随机二进制序列，重复速率必须大于等于
J
路频率稀疏信号的奈奎斯特频率，这保证了频率稀疏信号与伪随机序列混频后的信号得以保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光子辅助分布式压缩采样系统，其特征在于，包括中心站点
(8)
和若干个依次连接的远端节点
(2)
，所述远端节点
(2)
包括第一波分复用器
(3)、
第一电光调制器
(4)、
第二波分复用器
(5)
和掺铒光纤放大器
(7)
，所述第一电光调制器
(4)
设置在第一波分复用器
(3)
与第二波分复用器
(5)
之间，所述第一电光调制器
(4)
连接天线
(6)
用于接收频率稀疏信号，所述中心站点
(8)
包括多波长光源
(1)、
联合重构计算模块
(15)
和解波分复用器
(9)
，所述联合重构计算模块
(15)
和解波分复用器
(9)
之间设有采样模块，所述多波长光源
(1)
与首个远端节点
(2)
中的第一波分复用器
(3)
相连接，尾端所述远端节点
(2)
中的掺铒光纤放大器
(7)
输出端与解波分复用器
(9)
输入端相连接，相邻的所述远端节点
(2)
的第二波分复用器
(5)
与掺铒光纤放大器
(7)
相连接
。2.
根据权利要求1所述的一种光子辅助分布式压缩采样系统，其特征在于，所述采样模块包括若干采样路，所述采样路包括依次连接的第二电光调制器
(10)、
光电探测器
(12)、
低通滤波器
(13)
和采样器
(14)。3.
根据权利要求2所述的一种光子辅助分布式压缩采样系统，其特征在于，所述第二电光调制器
(10)
上连接有伪随机序列发生器
(11)。4.
一种光子辅助分布式压缩采样系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
通过一个多波长光源提供
J
个波长的连续光，波长为
λ1，
λ2，
···
，
λ
J
，并传输至一个远端节点，所述远端节点包括第一波分复用器
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，刘子宁，池灏，杨淑娜，翟彦蓉，高一然，何红霞，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：