[发明专利]用于光学向量-矩阵乘法器并行信息加载和提取的系统

说明书

技术领域

本发明涉及光信息处理技术领域，尤其涉及一种用于光学向量-矩阵乘法器并行信息加载和提取的系统。 

背景技术

光信息处理方式具有带宽大、并行性强、串扰小等优点，基于光信息处理方式的向量-矩阵乘法器适合于完成密集型向量-矩阵乘法(Vector Matrix Multiplication，VMM)任务，实现高速乘法累加(Multiplication and Accumulation，MAC)运算。而MAC运算是数字信号处理过程中的核心运算过程，研究基于光学向量-矩阵乘法器的光学数字信号处理技术，可以突破电子计算的瓶颈，实现高速的光学计算。该技术可以广泛应用于雷达和声纳系统、图像和语音识别、密码生成和破解、资源探测和数据分析等海量数据处理领域，已引起了国内外研究人员的普遍关注。 

美国橡树岭国家实验室在文献“SENSOR DATA PROCESSING FOR TRACKING UNDERWATER THREATS USING TERASCALE OPTICAL CORE DEVICES.”(Harbour Protection Through Data Fusion Technologies，2008，267-282.)中讨论了光学数字信号处理技术在海岸声纳领域的应用，设计了到达时间差算法，分析了采用光学向量-矩阵乘法器完成这类算法的诸多优越特性。英国BAE System公司在文献“Digital Partitioning for Increased Dynamic Range in a Hybrid Optoelectronic Vector Matrix Processor.”(4th EMRS DTC Technical Conference.Edinburgh：2007：A14.)和文献“Optical Testbed for Hybrid Optoelectronic Vector Matrix Processor for Radar Signal Processing.”(3rd EMRS DTC Technical Conference.Edinburgh：2006：B28.)中，设计了向量-矩阵乘法器的光学结构模型，给出了所设计的光学系统在静态信号下的阵列光斑图样。德国Hagen大学的M.Gruber小组在文献“Planar-integrated optical vector-matrix multiplier.”(Applied optics，2000，39(29)：5367-5373.)中讨论了基于平面集成的光学向量-矩 阵乘法器，该研究组采用多掩模光刻和反应离子刻蚀等微加工方法，将VMM结构集成在石英玻璃上，使自由空间光学向量-矩阵乘法器与电学VLSI技术得以兼容。国内方面，国防科技大学在2009年实现了4路光学向量-矩阵乘法器的物理链接和静态信号加载；中国科学院苏州纳米所针对空间光调制器和光学VMM核的嵌入式结构进行了探索；中国科学院半导体所于2010年实现了16路光学向量-矩阵乘法器的物理链接，并于2011年底完成了硅基集成化的光学向量-矩阵乘法器设计和实验验证。 

以上文献都是立足于光学向量-矩阵乘法器本身，进行了光学结构的仿真和设计，并采用激光器、光调制模块、信号发生器、光电探测模块等分立的标准仪器或设备对所设计的VMM单元进行测试，以验证所设计光学结构的合理性。 

图1为现有技术用于光学向量-矩阵乘法器信息加载和提取系统的示意图。请参照图1，该系统基于码型发生器、激光光源、实时示波器等商业化测试设备，各个设备和装置之间的连接关系如下：码型发生器(1)和调制器矩阵(2)通过电缆相连，调制器矩阵(2)和光学向量矩阵乘法器通过光纤相连。光学向量矩阵乘法器通过光纤与光电探测器(4)相连，光电探测器(4)通过电缆与实时示波器(5)相连。光源部分为多个并行的子模块，每个子模块用虚线框表示，每个虚线框中表示一个向量元素的发生模块，该模块中，激光光源通过光纤与电光调制器相连，码型发生器通过电缆与电光调制器相连，每个电光调制器的输出端通过光纤与光学向量矩阵乘法器相连。如图1中所示，虚线箭头为光口连接，实线箭头为电口连接。 

基于上述装置，对于n路的光学向量矩阵乘法器，现有系统的信息加载和提取过程如下： 

(1)打开码型发生器，给调制器矩阵赋值； 

(2)依次打开模块(6)、模块(7)……模块(6+n-1)，对向量矩阵乘法器的输入激励进行调节；对于每个模块的调节过程如下： 

2.1打开激光光源和码型发生器，使码型发生器产生一个伪随机序列，在实时示波器上得到波形；