[发明专利]基于光电复合的超宽带信号多路并行压缩采样方法

说明书

本发明公开了一种基于光电复合的超宽带信号多路并行压缩采样方法，主要解决现有技术存在的信号采样时长短、压缩率低及采样精度低的问题。其实现方案是：先用光源产生两路光脉冲，对这两路光脉冲分别进行一次拉伸；用功分器将射频信号分成两路，分别与两路一次拉伸光脉冲进行调制，并对两路调制信号分别进行二次拉伸；将两路二次拉伸信号经光电探测器得到两路电信号，再将这两路电信号合并为时域拉伸信号；选择正交基对时域拉伸信号进行稀疏表示，设计观测矩阵并用其对时域拉伸信号进行频域压缩，得到采样数据。本发明实现了对时长较大信号进行大压缩率采样，提高了光电复合压缩采样精确度，可用于雷达、无源侦察等高速数据采集和处理。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种超宽带信号多路并行压缩采样方法，可用于雷达、无源侦察等高速数据采集和处理。

背景技术

由于超宽带信号具有高信息容量、低耗能的特性，因而在通信、雷达、声呐及测试系统中得到了越来越普遍的应用。对超宽带信号的采集系统和高速率、高分辨率、高压缩率的采样能力是用户所亟需的。

超宽带信号采样的研究主要有两个方面：电域多通道并行采样和光采样技术。其中：

电域多通道并行采样，是利用时间交替模数转换ADC结构进行高速数据采集。李玉生2007年在中国电子科技大学发表的博士论文《超高速并行采样模拟/数字转换的研究》中开展了并行交替ADC系统的研究，其利用四片14位速率为80Msps的ADCAD6645设计了14位速率为320Msps的并行交替ADC系统。黄争2007年在电子科技大学发表的硕士论文《基于时间交替采样结构的高速ADC系统》中设计了一种基于时间交替采样技术的高速ADC系统，整个系统采用全数字方式实现时间交替采样技术，并使用现场可编程逻辑阵列FPGA和数字信号处理器DSP的后端处理系统对采样得到的数据进行分析和矫正。虽然这些电域多通道采样方法可以在一定程度上提高信号的采样率，但对带宽达到几GHz甚至几十GHz的超宽带信号进行高速数据采集仍是非常困难的，而且由于ADC的采样时钟抖动、热噪声等因素的限制，其性能在某些特殊领域不能达到需求。

光采样技术，为超宽带信号采样提供了另一条途径。光电混合采样是目前光采样技术的重要途径之一。近几年，光电混合采样技术受到国内外相关领域的重视。闫励在2010年北京邮电大学发表的硕士论文《基于压缩采样的微波光子频率测量技术研究》中，将压缩采样理论应用到光域，通过光域的伪随机序列对射频信号进行欠采样，利用重构算法在电域对采样后的数据进行恢复，从而以较低采样率获取信号信息。

国外许多科研机构也开展了这方面的研究。加州大学洛杉矶分校B.Jalali教授在2008届IEEE国际专题会议上发表的《150GS/s real-time oscilloscope using aphotonic front end》中提出的时域拉伸方案是受到广泛关注的光电混合模数转换方法。其工作原理是将一个大带宽的超短光采样脉冲序列经过一段色散介质引入强烈的啁啾，使得脉冲在不同的时刻有不同的频率分量。啁啾脉冲通过电光调制器后被加载了微波信号，之后再通过一段色散介质，使其时域波形被拉伸，这就等效地将调制在取样序列上的微波信号进行了拉伸，降低了信号的带宽，从而使得用低速电子ADC对这个取样信号进行模数转换变得可行。然而，在光域进行拉伸处理时，超短脉冲在经过第一段色散介质后脉冲被展宽，则调制到光脉冲时宽只为原来的几分之一，由于模拟输入信号调制到光脉冲后至少要包含一个周期，并且保证在这脉冲中包含模拟射频输入信号的所有信息，这就对射频信号要求比较高。而现实中信号复杂、多样，很多信号时域持续时间较长，为大时长信号，显然压缩后的时宽不能包括所有线性调频信号的信息，造成信号信息遗漏，即对大时长信号经过采样、恢复出来的信号会与原始信号差别很大，无法正确获取原始信号中携带的信息。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于光电复合的超宽带信号多路并行压缩采样方法，以实现对超宽带信号的高速数据采集，对时长较大信号进行大压缩率采样，减少恢复信号与原始信号的差别，提高光电复合压缩采样的精确度。