CN111289785B - 一种电光采样测量波形修正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电光采样测量波形修正方法及系统，该方法包括：确定EOS系统测量波形的数学模型；采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。本发明提供的技术方案，通过构建反射信号波形，科学合理地修正了测量波形中主信号波形与反射信号波形的重合叠加问题，从EOS系统实际测量波形中有效恢复了被测主信号波形，有效解决了测量波形失真问题，进而实现了PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

Description

一种电光采样测量波形修正方法及系统

技术领域

本发明涉及电光采样技术领域，具体涉及一种电光采样测量波形修正方法及系统。

背景技术

随着高速计算和无线宽带通信的发展，时域宽带测量技术已广泛应用于基带和射频领域信号的测试及产品的研发，宽带取样示波器的带宽也从50GHz逐渐提升至100GHz。由于“Nose-to-nose”(NTN)校准技术测量原理的局限性，已不能满足宽带取样示波器量值溯源的需求。随着利用光电手段生成高速脉冲技术的进步，国际上先进计量实验室(美国NIST、德国PTB、英国NPL等)又逐渐回归到标准脉冲法的技术路线来实现宽带示波器瞬态响应参数的量值溯源。目前，高端的商用PD(Photodetector，PD，光电探测器)可以产生带宽达100GHz的高速脉冲信号。然而，PD产生的高速脉冲的上升时间虽然快于宽带取样示波器的瞬态响应时间，但也无法满足标准脉冲上升时间与被测比值达1/3的溯源要求。根据信号与系统原理，如果PD产生的高速脉冲波形经过有效溯源测量，再从取样示波器的测量结果中利用反卷积技术将其扣除，就可以得到取样示波器的系统响应函数，进一步可以计算出取样示波器的瞬态响应量值，从而绕开了1/3溯源条件导致的技术瓶颈。因此，计量PD产生的高速脉冲波形就成为了瞬态响应量值溯源的关键技术。而应用EOS(Electro-opticSampling，EOS，电光采样)技术可以实现PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

EOS测量系统的原理框图如图1所示，飞秒脉冲激光器输出光束分为两路，一路光束用于激励PD产生皮秒级电脉冲信号，经微波探针传输到以电光效应晶体(钽酸锂LiTaO3)为基底的共面波导(CPW)上；另一路光束作为采样光，经可变延迟光路和会聚透镜入射到CPW的传输线间隙内。利用等效时间采样原理，按固定步长增加延迟光路的位移量，实现被测脉冲信号不同相位点的采样测量。利用晶体折射率随电场变化呈线性关系的原理，通过测量采样光透射偏振态的变化量，计算得到被测脉冲信号某一相位点在CPW上的电压变化量。最终，按延迟时序将所有相位点的电压测量结果合成，重构出脉冲信号的时域波形，再经数字信号处理技术计算得到脉冲上升时间等波形参数，从而实现超高速脉冲信号波形参数的量值溯源。

应用EOS技术测量高速脉冲的时域波形，除了PD产生的高速脉冲主峰值波形外，通常还有一个或多个小幅度的峰值波形分布于主峰值波形附近，有些甚至与主峰值波形有较大部分的重合，在相同采样时刻点产生了波形幅度的叠加，从而造成了测量波形结果的失真。这些造成波形失真的影响因素通常是由于EOS技术测量原理产生的，例如，由于CPW表面传输线终端阻抗的不匹配，传输的高速波形在传输线终端将产生反射，反射波形可能会出现在主峰值波形附近甚至叠加；而且CPW基底晶片具有一定厚度，采样光垂直入射晶片后会产生折射，在晶片内传输的折射光到达下表面时会产生透射和反射，透射光将被平衡探测器探测并由锁相放大器输出测量结果，而反射光虽然功率较弱，仍会在到达晶片上表面时再次反射到下表面，进而透射出并被平衡探测器探测，最终也会在时域测量波形的主峰值附近产生反射波形。综合阻抗失配和采样光多次反射等因素的影响，皆会造成时域测量波形的失真，而失真的波形将不能用于表征被测PD的系统函数，不能有效反应被测PD的上升时间和带宽等参数指标，进而也无法应用其作为宽带取样示波器瞬态响应参数的溯源标准。

对于EOS测量系统来说，阻抗失配和采样光多次反射对测量结果的影响是EOS技术本身固有的不确定度引入分量，通过改进CPW的加工工艺和调节光路可以一定程度上减小不确定度分量，但改善程度有限且成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电光采样测量波形修正方法及系统，采用数字信号处理技术对EOS测量系统的测量结果做修正补偿，以实现超高速脉冲信号波形参数的量值溯源。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种电光采样测量波形修正方法，包括：

确定EOS系统测量波形的数学模型；

采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；

将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；

利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。

优选地，所述确定EOS系统测量波形的数学模型，包括：

确定EOS系统的整体传递函数为高斯函数；

采用理想的高斯函数初步拟合主信号和反射信号；

采用随机噪声函数拟合EOS系统的本底噪声；

将主信号的高斯函数、反射信号的高斯函数、本底噪声的随机噪声函数相加，确定为EOS系统测量波形的数学模型。

优选地，所述采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号，包括：

基于EOS系统实际测量波形的主信号波形，选择合适的主信号波形控制参数代入到主信号的高斯函数中，拟合出主信号波形；

基于EOS系统实际测量波形的反射信号波形，选择合适的反射信号波形控制参数代入到反射信号的高斯函数中，拟合出反射信号波形。

优选地，所述方法，还包括：

生产随机噪声函数，拟合出EOS系统的本底噪声；

将拟合出的主信号波形、反射信号波形、本底噪声代入到EOS系统测量波形的数学模型中，拟合出EOS系统测量波形；

调节所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，使得EOS系统测量波形逼近EOS系统实际测量波形，直至满足预设误差条件，并将此时的主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数作为初始值。

优选地，所述拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，包括：

根据最小二乘算法，列出EOS系统测量波形的残差平方和公式；

选择合适的波形样本区间，并将所述初始值代入到所述残差平方和公式；

以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，计算残差平方和，直至所述残差平方和满足预设条件，并将此时的反射信号波形控制参数确定为最优控制参数。

优选地，所述合适的波形样本区间至少应该包含主信号和反射信号波形。

优选地，所述以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，包括：

计算初始值下的残差平方和数值；

计算以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数后的残差平方和数值；

如果调整控制参数后的残差平方和数值变小，则按原有增量方向继续微调所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数；否则，按原有增量相反的方向微调所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数。

优选地，所述预设条件为：

调整控制参数后的残差平方和为最小的残差平方和，或者小于预设的残差平方和限值。

优选地，所述从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，包括：

将所述最优控制参数代入到反射信号的高斯函数中，得到反射信号波形；

从EOS系统实际测量波形中选取K个样本点，在K点样本区间内，扣除所述反射信号波形，从而得到修正后的EOS系统测量波形；

其中，所述K个样本点为从主信号波形峰值开始，向波形左侧选取的K个样本点，应至少覆盖到反射信号的全部波形，K＞1，为正整数。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种电光采样测量波形修正系统，包括：

确定模块，用于确定EOS系统测量波形的数学模型；

第一拟合模块，用于采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；

第二拟合模块，用于将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；

修正模块，用于利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过构建反射信号波形，科学合理地修正了EOS系统测量波形中主信号波形与反射信号波形的重合叠加问题，从EOS系统实际测量波形中有效恢复了被测主信号波形，进而实现了时域波形参数的高精度测量。相比现有技术，本发明提供的这种修正方法适用于EOS系统测量光电探测器时域波形的数据处理，可以有效解决由于EOS技术原理产生的测量波形失真问题，减小波形参数中超快上升时间的测量误差，降低上升时间测量结果的不确定度，进而实现PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是背景技术示出的EOS测量系统的原理框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种电光采样测量波形修正方法的流程图；

图3是根据一示例性实施例示出的光电探测器(PD)的等效电路图；

图4是根据一示例性实施例示出的EOS系统测量PD输出的高速脉冲波形图；

图5是根据一示例性实施例示出的高斯函数拟合的EOS系统测量波形图；

图6是根据一示例性实施例示出的EOS系统实际测量波形与修正波形比对结果图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种电光采样测量波形修正系统的示意框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图2是根据一示例性实施例示出的一种电光采样测量波形修正方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤S1、确定EOS系统测量波形的数学模型；

步骤S2、采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；

步骤S3、将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；

步骤S4、利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。

EOS技术能够准确测量光电探测器输出超快脉冲的时域波形，且系统带宽已达太赫兹量级，因此，EOS测量系统可以作为脉冲波形参数溯源体系的计量基准装置，实现超快脉冲上升时间参数的计量溯源。目前，中国、美国、德国、英国、韩国等国家的先进计量实验室都已采用EOS技术实现时域波形参数的溯源。但是，若要实现EOS技术的高精度计量级应用，还需结合数字信号处理等关键技术。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过构建反射信号波形，科学合理地修正了EOS系统测量波形中主信号波形与反射信号波形的重合叠加问题，从EOS系统实际测量波形中有效恢复了被测主信号波形，进而实现了时域波形参数的高精度测量。相比现有技术，本实施例提供的这种修正方法适用于EOS系统测量光电探测器时域波形的数据处理，可以有效解决由于EOS技术原理产生的测量波形失真问题，减小波形参数中超快上升时间的测量误差，降低上升时间测量结果的不确定度，进而实现PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

优选地，所述确定EOS系统测量波形的数学模型，包括：

确定EOS系统的整体传递函数为高斯函数；

采用理想的高斯函数初步拟合主信号和反射信号；

采用随机噪声函数拟合EOS系统的本底噪声；

将主信号的高斯函数、反射信号的高斯函数、本底噪声的随机噪声函数相加，确定为EOS系统测量波形的数学模型。

需要说明的是，所述确定EOS系统的整体传递函数为高斯函数，具体为：

参加图1，EOS系统以飞秒激光采样的方式来实现高速电脉冲信号的测量，则EOS系统的传递函数应由光信号和电信号两部分决定。首先，光信号是由飞秒激光器输出，由激光器原理可知输出激光脉冲信号的传递函数为高斯函数形式，光信号经各透镜或反射镜后到达CPW实现电信号采样，这个过程对光信号会产生展宽影响，即脉冲信号波形的宽度变宽，而展宽是对波形的整体影响，不会改变其传递函数的分布形态。因此，EOS系统光信号部分的传递函数属于高斯函数。

其次，从PD的原理可知，其基本结构为光导开关，当光电二极管输入光信号时即导通电路，其等效电路原理如图3所示。从图中可以看出，PD可以等效为RC网络。由电路原理可知，RC网络的传递函数为高斯函数形式。PD输出的高速脉冲电信号还要经微波探针传递到CPW的传输线上，其中，微波探针为50Ω阻抗器件，与PD阻抗匹配，CPW表面的传输线为长直线形式的简单分布结构，无论开路还是阻抗连接，都可等效为RC网络。因此，EOS系统的电信号部分可等效为RC网络，其传递函数属于高斯函数。

综上所述，可以看出EOS系统的整体传递函数属于高斯函数。

图4是EOS系统测量PD输出的高速脉冲波形结果，从图中可以看出，信号本底噪声比较平坦，波形从左至右出现若干个波峰，左边第一个小波峰与第二个大波峰有所重叠，大波峰之后出现了4～5个极小的波峰。从测量原理可知，幅值最大的波峰为被测的主信号，左边第一个小波峰为最大的反射信号，主信号右侧的多个极小波峰也是反射信号。多个极小波峰的反射信号没有与主信号叠加，而且即使有所叠加，由于与主信号幅度量级的较大差距，对主信号波形参数造成的影响可以忽略。但是，第一个小波峰与主信号离得太近，波形部分产生了较多的叠加，而由于其幅度量值与主信号相比不可忽略，将对主信号的波形参数计算引入较大误差。因此，需要将其从主信号的上升沿部分修正去除。

从测量原理分析可知，当采样光照射CPW基片时，一部分光从基片底面直接透射出去被平衡探测器测量，还有一少部分光从基片底面反射至表面再反射回底面，最终才透射出去被平衡探测器测量，这部分反射光对测量结果的影响，就是呈现在测量波形中的那个主信号左端的较大反射信号。实验表明，此反射信号与主信号之间的距离是可变的，通过调节光路和改变基底晶片厚度可以增大反射信号与主信号间的距离，但是调节范围有限，不能有效实现两个信号叠加部分的分离。

可以理解的是，由于主信号波形与采样光在基底晶片中反射产生的反射信号波形叠加在一起，采用物理调节方式无法实现叠加波形的有效分离。如果直接用这种测量波形计算被测PD的波形参数(如上升时间和脉冲宽度)，将会对测量结果引入较大误差。因此，利用数字信号处理的方法实现反射信号的修正十分必要。

可以理解的是，由于EOS系统的整体传递函数为高斯函数，则测量波形的主信号和叠加的反射信号都属于高斯分布形式。采用理想的高斯函数初步拟合主信号和反射信号。

高斯函数定义如式(1)所示：

式中，参数a控制高斯函数曲线的幅度，参数b控制高斯函数曲线的中心位置，参数c控制高斯函数曲线的半高宽。

EOS系统测量波形可以用公式(2)的数学模型表达：

f_EOS(t)＝f_PD(t)+f_r(t)+f_n(t) (2)

式中，f_EOS(t)是EOS系统测量结果函数，f_PD(t)是PD输出信号函数，f_r(t)是反射信号函数，f_n(t)是本底噪声函数。EOS系统测量结果可以看作PD输出信号函数、反射信号函数和本底噪声函数相叠加的结果。其中，函数f_PD(t)和函数f_r(t)都是高斯函数，可以由公式(1)表达；函数f_n(t)是随机噪声函数。实验分析可知，EOS系统测量波形的本底噪声符合功率谱均匀分布的高斯白噪声，函数f_n(t)可以由白噪声随机函数生成。则公式(2)可进一步表达为：

式中，a₁、b₁、c₁分别为函数f_PD(t)的幅度控制参数、中心位置控制参数、半高宽控制参数；a₂、b₂、c₂分别为函数f_r(t)的幅度控制参数、中心位置控制参数、半高宽控制参数；Randn(t)为白噪声随机函数。

优选地，所述采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号，包括：

基于EOS系统实际测量波形的主信号波形，选择合适的主信号波形控制参数a₁、b₁、c₁代入到主信号的高斯函数中，拟合出主信号波形；

基于EOS系统实际测量波形的反射信号波形，选择合适的反射信号波形控制参数a₂、b₂、c₂代入到反射信号的高斯函数中，拟合出反射信号波形。

优选地，所述方法，还包括：

生产随机噪声函数，拟合出EOS系统的本底噪声；

将拟合出的主信号波形、反射信号波形、本底噪声代入到EOS系统测量波形的数学模型中，拟合出EOS系统测量波形；

调节所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，使得EOS系统测量波形逼近EOS系统实际测量波形，直至满足预设误差条件，并将此时的主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数作为初始值。

其中，使得EOS系统测量波形逼近EOS系统实际测量波形，是指使EOS系统测量波形无限逼近EOS系统实际测量波形，直至满足预设误差条件。所述预设误差条件由用户根据需要进行设置，或者，用户根据实验数据进行设置，或者，用户根据历史经验值进行设置。

为了便于理解，现将高斯函数拟合过程，具体解释如下：

1)基于EOS系统实际测量波形的主信号波形，选择合适的控制参数a₁、b₁、c₁值代入公式

计算，实现函数f_PD(t)，拟合出主信号波形；

2)基于EOS系统实际测量波形的反射信号波形，选择合适的控制参数a₂、b₂、c₂值代入公式

计算，实现函数f_r(t)，拟合出反射信号波形；

3)生产随机函数实现函数Randn(t)，拟合出EOS系统的本底噪声；

4)将步骤1)、2)、3)拟合结果代入公式(3)，拟合出EOS系统测量波形；

5)画图显示拟合的主信号波形、拟合的反射信号波形、拟合的EOS系统测量波形和EOS系统实际测量波形，如图5所示。图中，长虚线组成的曲线为拟合的主信号波形，短虚线组成的曲线为拟合的反射信号波形，长实曲线为拟合的EOS系统测量波形，带实心圆点的曲线为EOS系统实际测量波形；

6)以小变化量调整6个控制参数值(a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂)，使长实曲线大致逼近带实心圆点的曲线，并将最终的6个控制参数值作为初始值。

优选地，所述拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，包括：

根据最小二乘算法，列出EOS系统测量波形的残差平方和公式；

选择合适的波形样本区间，并将所述初始值代入到所述残差平方和公式；

以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，计算残差平方和，直至所述残差平方和满足预设条件，并将此时的反射信号波形控制参数确定为最优控制参数。

优选地，所述合适的波形样本区间至少应该包含主信号和反射信号波形。

优选地，所述以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，包括：

计算初始值下的残差平方和数值；

计算以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数后的残差平方和数值；

如果调整控制参数后的残差平方和数值变小，则按原有增量方向继续微调所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数；否则，按原有增量相反的方向微调所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数。

优选地，所述预设条件为：

调整控制参数后的残差平方和为最小的残差平方和，或者小于预设的残差平方和限值。

可以理解的是，以公式(3)的数学模型作为EOS系统测量波形的理想函数，结合最小二乘算法可列出如下残差平方和公式：

式中，n为样本数，n＝1,2,……M；Y_n为EOS系统实际测量样本；t_n为测量时刻序列。其中，已知量包括：测量点数M、测量时刻序列t_n、EOS实际测量结果Y_n，以及随机函数生成量Randn(t_n)。则根据最小二乘算法原理，拟合过程即为选取合适的6个控制参数a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂，使公式(4)的残差平方和最小。

为了便于理解，现将最小二乘算法拟合步骤，具体解释如下：

1)选取合适的波形样本区间，原则上至少应该包含主信号和反射信号波形，则可确定测量时刻序列t_n和样本数M，并选取其对应的EOS实际测量结果Y_n，代入公式(4)；

2)将拟合得到的6个控制参数的初始值，代入公式(4)计算残差平方和；

3)以微小变化量调整6个控制参数值，计算残差平方和；

4)判断步骤3)和步骤2)计算的残差平方和大小，如果变小，则按原有增量方向继续微调6个控制参数值；如果变大，则按原有增量的相反方向微调6个控制参数值；

5)重复步骤3)和步骤4)，直到找到最小的残差平方和，或者小于预设的残差平方和限值亦可。

优选地，所述从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，包括：

将所述最优控制参数代入到反射信号的高斯函数中，得到反射信号波形；

从EOS系统实际测量波形中选取K个样本点，在K点样本区间内，扣除所述反射信号波形，从而得到修正后的EOS系统测量波形；

其中，所述K个样本点为从主信号波形峰值开始，向波形左侧选取的K个样本点，应至少覆盖到反射信号的全部波形，K＞1，为正整数。

为了便于理解，现将修正EOS系统测量波形的步骤，具体解释如下：

1)当利用最小二乘算法得到理想残差平方和时，将最终的控制参数a₂、b₂、c₂代入公式

实现函数f_r(t)，得到反射信号的拟合曲线；

2)在EOS系统实际测量波形中，从主信号波形峰值开始，向波形左侧选取K(K为大于1的正整数)个样本点，此K个样本点应该向左至少覆盖到反射信号的全部波形；

3)将步骤1)的函数f_r(t)代入公式(5)，在K点样本区间内计算修正波形的样本值。式中，f_{EOS_c}(t_i)为修正波形样本值，Y_i为EOS系统实际测量波形样本值，X为步骤2)选取的K点样本序列中第一个样本点下标；

f_{EOS_c}(t_i)＝Y_i-fr(t_i)(i＝X，......X+K-1) (5)

4)整合构建EOS系统的修正波形，如式(6)所示：

可以看出，构建的EOS系统的修正波形f_{EOS_c}(t_n)由3部分整合而成，样本序列的下标n从1到X-1范围内为EOS系统实际测量波形样本Y_n，样本序列的下标n从X到X+K-1范围内为步骤3)得到的修正波形样本f_{EOS_c}(t_n)，样本序列的下标n从X+K到M范围内为EOS系统实际测量波形样本Y_n。

图6是EOS系统实际测量波形与修正波形比对结果，图中长实曲线为去除反射信号后的EOS系统的修正波形，带实心圆点的曲线为EOS系统实际测量波形。可以看出，反射信号被有效修正，原波形叠加部分在修正后过渡自然平滑，主信号波形符合高斯函数分布形式，修正后的波形可以科学合理地反映PD输出的高速脉冲信号波形。

图7是根据一示例性实施例示出的一种电光采样测量波形修正系统100的示意框图，如图7所示，该系统100包括：

确定模块101，用于确定EOS系统测量波形的数学模型；

第一拟合模块102，用于采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；

第二拟合模块103，用于将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；

修正模块104，用于利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。

EOS技术能够准确测量光电探测器输出超快脉冲的时域波形，且系统带宽已达太赫兹量级，因此，EOS测量系统可以作为脉冲波形参数溯源体系的计量基准装置，实现超快脉冲上升时间参数的计量溯源。目前，中国、美国、德国、英国、韩国等国家的先进计量实验室都已采用EOS技术实现时域波形参数的溯源。但是，若要实现EOS技术的高精度计量级应用，还需结合数字信号处理等关键技术。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过构建反射信号波形，科学合理地修正了EOS系统测量波形中主信号波形与反射信号波形的重合叠加问题，从EOS系统实际测量波形中有效恢复了被测主信号波形，进而实现了时域波形参数的高精度测量。相比现有技术，本实施例提供的这种修正方法适用于EOS系统测量光电探测器时域波形的数据处理，可以有效解决由于EOS技术原理产生的测量波形失真问题，减小波形参数中超快上升时间的测量误差，降低上升时间测量结果的不确定度，进而实现PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电光采样测量波形修正方法，其特征在于，包括：

确定EOS系统测量波形的数学模型；

采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；

将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；

利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定EOS系统测量波形的数学模型，包括：

确定EOS系统的整体传递函数为高斯函数；

采用理想的高斯函数初步拟合主信号和反射信号；

采用随机噪声函数拟合EOS系统的本底噪声；

将主信号的高斯函数、反射信号的高斯函数、本底噪声的随机噪声函数相加，确定为EOS系统测量波形的数学模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号，包括：

基于EOS系统实际测量波形的主信号波形，选择合适的主信号波形控制参数代入到主信号的高斯函数中，拟合出主信号波形；

基于EOS系统实际测量波形的反射信号波形，选择合适的反射信号波形控制参数代入到反射信号的高斯函数中，拟合出反射信号波形。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

生产随机噪声函数，拟合出EOS系统的本底噪声；

将拟合出的主信号波形、反射信号波形、本底噪声代入到EOS系统测量波形的数学模型中，拟合出EOS系统测量波形；

调节所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，使得EOS系统测量波形逼近EOS系统实际测量波形，直至满足预设误差条件，并将此时的主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数作为初始值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，包括：

根据最小二乘算法，列出EOS系统测量波形的残差平方和公式；

选择合适的波形样本区间，并将所述初始值代入到所述残差平方和公式；

以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，计算残差平方和，直至所述残差平方和满足预设条件，并将此时的反射信号波形控制参数确定为最优控制参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述合适的波形样本区间至少应该包含主信号和反射信号波形。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数，包括：

计算初始值下的残差平方和数值；

计算以微小变化量调整所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数后的残差平方和数值；

如果调整控制参数后的残差平方和数值变小，则按原有增量方向继续微调所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数；否则，按原有增量相反的方向微调所述主信号波形控制参数及反射信号波形控制参数。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设条件为：

调整控制参数后的残差平方和为最小的残差平方和，或者小于预设的残差平方和限值。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，包括：

将所述最优控制参数代入到反射信号的高斯函数中，得到反射信号波形；

从EOS系统实际测量波形中选取K个样本点，在K点样本区间内，扣除所述反射信号波形，从而得到修正后的EOS系统测量波形；

其中，所述K个样本点为从主信号波形峰值开始，向波形左侧选取的K个样本点，应至少覆盖到反射信号的全部波形，K＞1，为正整数。

10.一种电光采样测量波形修正系统，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定EOS系统测量波形的数学模型；

第一拟合模块，用于采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；

第二拟合模块，用于将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；

修正模块，用于利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。

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