CN103326795B - 基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法，用于对宽带射频信号的匹配滤波，包括以下几个步骤：步骤1：使用激光器产生多波长激光光源；步骤2：将产生的激光通过光滤波器使用光谱成形技术，产生与被探测宽带射频信号时域波形共轭的幅频响应包络；步骤3：通过电光强度调制器将接收到的被探测宽带射频信号加载在光谱成形后的激光上；步骤4：将被调制后的光信号通过线性色散器件引入色散延迟；步骤5：接入光电探测器中进行光电转换，输出的信号即为相关运算后检测到的电脉冲信号，本发明可以有效避免数据的线下处理，完成对宽带射频信号的即时测量。

Description

基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法

技术领域

本发明属于光电技术领域，用于即时检测特定波形的超宽带射频信号，基于时间-频谱卷积的原理，通过物理结构实现相关运算检测，该方法具有时间精度高和误码率低的特点，特别是指一种基于时间频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法。

背景技术

短距离无线设备和通信服务正在渐渐成为无线通信发展的主流.面对越来越复杂的无线通信环境，具有低功耗又能够满足无线设备和服务的宽带射频信号开始成为研究的热点.针对如何产生这种新兴的宽带射频信号，近年来在学术界和工程界都有广泛的报道.特别是将其与光载无线通信(ROF)相结合后的系统更发挥了两者的优势：低功耗辐射和长距离传输.基于此，光载宽带射频系统在民用领域成为了分布式通信系统、传感网中极具优势的佼佼者。另一方面，低功耗雷达定位探测系统在军事领域中也成为研究的热点，例如：在低射频发射功率下，如何能够在复杂混乱的外部环境中准确提取出目标电磁波信号。

在这样的背景下，针对宽带射频信号频谱的即时检测成为了一个亟待解决的问题。匹配滤波器是解决这一问题的一种高效方法，它是一种输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大的线性滤波器.其滤波器的传递函数形式是信号频谱的共轭。

要实现匹配滤波，需要对满足以下两点：

一、滤波器的相频特性与信号相频特性共轭，使得输出信号所有频率分量都在输出端同相叠加而形成峰值。

二、按照信号的幅频特性对输入波形进行加权，以便最有效地接收信号能量而抑制干扰的输出功率。

即当信号与噪声同时进入滤波器时，它使信号成分在某一瞬间出现尖峰值，而噪声成分受到抑制。

匹配滤波被广泛用于雷达、声纳和通信，其作用是：

一、提高信噪比，毫不夸张地说，任何电子系统都有匹配滤波或近似匹配滤波的环节，目的是提高信噪比。

二、对于大时间带宽积信号，匹配滤波等效于脉冲压缩.因此可以提高雷达或声纳的距离分辨率和距离测量精度.在扩频通信中，可以实现解扩。然而，由于电子器件的瞬时带宽有限，对低功耗的宽带射频信号进行直接即时监测到目前为止还无法实现，现有的大多数接收检测方案仍然局限于实验室大型仪器设备，同时还需要线下计算机的辅助运算，这给光载宽带射频系统的实用化带来了很大障碍。

发明内容

针对上述接受方案所存在的缺点，本发明的目的在于，提供一种基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法，可以有效避免数据的线下处理，完成对宽带射频信号的即时测量。

本发明提供一种基于时间频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法，用于对宽带射频信号的匹配滤波，包括以下几个步骤：

步骤1：使用激光器产生多波长激光光源；

步骤2：将产生的激光通过光滤波器使用光谱成形技术，产生与被探测宽带射频信号时域波形共轭的幅频响应包络；

步骤3：通过电光强度调制器将接收到的被探测宽带射频信号加载在光谱成形后的激光上；

步骤4：将被调制后的光信号通过线性色散器件引入色散延迟；

步骤5：接入光电探测器中进行光电转换，输出的信号即为相关运算后检测到的电脉冲信号。

本发明的有益效果是，可以有效避免数据的线下处理，完成对宽带射频信号的即时测量。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合具体实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的制备流程图；

图2是本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法，用于对宽带射频信号的匹配滤波，包括以下几个步骤：

步骤1：使用激光器a产生多波长激光光源a1，所述的激光器为多波长激光器；

步骤2：将产生的激光通过光滤波器b使用光谱成形技术，产生与被探测宽带射频信号时域波形共轭的幅频响应包络b1，所述滤波器为可编程光滤波器；；

步骤3：通过电光强度调制器c将接收到的被探测宽带射频信号加载在光谱成形后的激光c1上；

步骤4：将被调制后的光信号通过线性色散器件d引入色散延迟，其中在强度调制器c后加线性光色散器件d，在物理硬件结构上完成信号的相关运算，当d的群色散时延满足如下关系时：

$\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Φ}}=\frac{t}{\mathrm{\ω}}$

即可输出在线相关检测后的光脉冲信号，其中t代表时间参数，ω代表光频率；

步骤5：接入光电探测器e中进行光电转换，输出的信号即为相关运算后检测到的电脉冲信号e1，所述光电探测器e的响应带宽BWPD与多波长激光光源a1的FSRcomb应满足：BWPD≤FSRcomb，其中FSRcomb为多波长激光光源a1中波长之间的自由光谱范围。

本发明技术方案与原理如下：

基于时间频谱卷积原理的宽带射频相关检测方法原理图如图1所示，该设计方案由一多波长宽谱激光器a、一可编程光滤波器b、一光电强度调制器c、一线性光色散器件d以及光电探测器(PD)e构成。通过多波长激光器a产生初始的宽谱光源a1。经过可编程光滤波器b对其频谱修整后，产生与被测宽谱射频信号的时域波形共轭的频谱波形b1。此时，将产生的光信号输入电光强度调制器c并且通过电光强度调制器将待探测的宽带射频信号加载到光载波上。输出的被调制的被调制光信号经过一线性光色散器件d，当d的群色散时延满足如下关系时：

$\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Φ}}=\frac{t}{\mathrm{\ω}}$

即可输出在线相关检测后的光脉冲信号.将光脉冲信号输入光电探测器(PD)e，由于这里所选用的光电探测器的响应带宽BWPD与多波长宽谱激光源的FSRcomb满足：BWPD≤FSRcomb，所以经过平方律检波后的电信号不会发生频谱混叠现象，且满足下式：

当 $\stackrel{\·\·}{\mathrm{\Φ}}=\frac{t}{\mathrm{\ω}}$ 时

(1)

由于对多波长宽带激光器的光谱已经做了包络的共轭成形处理，所以所完成的运算为相关运算，对应的结果即为匹配滤波结果，因此，整个系统最终在硬件上完成了匹配滤波输出.由于在物理上实现了信号的共轭反转，同时又通过电光调制和延时色散完成了卷积运算，所以整个系统在物理硬件上完成了匹配滤波的运算，很好地替代了现有采样、量化、编码并最终使用处理器进行相关运算的复杂过程。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法，用于对宽带射频信号的匹配滤波，包括以下几个步骤：

步骤1：使用激光器产生多波长激光光源；

步骤2：将产生的激光通过光滤波器使用光谱成形技术，产生与被探测宽带射频信号时域波形共轭的幅频响应包络；

步骤3：通过电光强度调制器将接收到的被探测宽带射频信号加载在光谱成形后的激光上；

步骤4：将被调制后的光信号通过线性色散器件引入色散延迟，在强度调制器后加线性光色散器件，在物理硬件结构上完成信号的相关运算，当线性色散器件的群色散时延迟满足如下关系时：

$\stackrel{..}{\mathrm{\Φ}}=\frac{t}{\mathrm{\ω}}$

即可输出在线相关检测后的光脉冲信号，其中t代表时间参数，ω代表光频率；

步骤5：接入光电探测器中进行光电转换，输出的信号即为相关运算后检测到的电脉冲信号，其中光电探测器的响应带宽BWPD与多波长激光光源的FSRcomb应满足：BWPD≤FSRcomb，其中FSRcomb为多波长激光光源中波长之间的自由光谱范围。

2.根据权利要求1所述的基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法，其中所述的激光器为多波长激光器；滤波器为可编程光滤波器。