CN112098052A

CN112098052A - 光子脉冲信号发生方法和装置

Info

Publication number: CN112098052A
Application number: CN202010966016.3A
Authority: CN
Inventors: 王宣; 陈玉宝; 步志超; 王箫鹏; 王一萌; 胡学英; 邵楠; 高玉春
Original assignee: CMA Meteorological Observation Centre
Current assignee: CMA Meteorological Observation Centre
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: CN112098052B

Abstract

公开了光子脉冲信号发生方法和装置，所述方法包括：预设第一变换分布；通过所述第一变换分布，随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置；其中，第一变换分布是通过蒙特卡洛算法对第一概率分布进行第一变换所生成的，第一概率分布是光子密度随时间变化的分布；预设第二变换分布，通过第二变换分布随机地确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的光子脉冲的幅度；其中，所述第二变换分布是通过蒙特卡洛算法对第二概率分布进行第二变换所生成的，所述第二概率分布是光子脉冲的幅度随机变化的分布；由此确定出每个光子所对应的光子脉冲的时间位置和幅度，从而实现光子脉冲信号的模拟。

Description

光子脉冲信号发生方法和装置

技术领域

本发明涉及光子脉冲信号发生方法和装置。

背景技术

光电探测器(PMT等)可以将入射光信号转换为电信号。在不考虑由于探测器量子效率损失的情况下，光电探测器可以将每一个入射的光子转化为对应的一个脉冲电信号，产生一个与入射光子序列相对应的电脉冲序列。如图1所示，图1a代表一个较强的方波光信号对应的输出电信号，图1b代表较弱的方波光信号对应的输出电信号，图1c代表非常弱的方波光信号对应的输出电信号。当光强较大时，由于光子流密度太大，探测器不足以区分每个光子，会将光信号转换为与输入光强成比例的连续电信号。而当光强较弱或非常弱时，光子流密度较低或非常低，这时光电探测器可以将每个光子转换为分离的、不连续的脉冲电信号。虽然这些光子脉冲信号平均密度与入射光强成正比，但是每个光子脉冲到达的时间随机，也就是说每个时刻的脉冲数密度是随机的。

为了确保激光雷达等光电探测仪器在整个探测光强范围内处于线性工作范围，不仅需要确保光电探测器处于线性响应区，前置信号放大器、ADC模数转换、信号处理、光子计数等电路部分也都需要保证从非常微弱的单光子脉冲信号、密集脉冲信号、直到大光强的连续模拟信号都处在线性工作范围。这些信号放大处理等电路由于其带宽限制、放大电路信号失真畸变、信号整形和甄别电路缺陷等等会造成电信号的非线性或光子计数电路可能存在的对一个光子的重复计数或两个、多个光子因为时间间隔太近而引起的漏计误差。这种光电转换和信号处理电路的线性度和保真度在产品出厂前的调试过程中以及用户的长期使用过程中都需要定期进行检测和校准。各种模拟电信号发生器有非常成熟的产品，其可以产生已知电平的电信号用于模拟光强较强时的连续电信号的校准和检测。但是在光强较弱和很微弱时，平均光子脉冲密度与光强成正比，但是在任意一个确定时刻光子流密度是随机的并且服从泊松(Poisson)分布。另外每个光子转化为电脉冲时，其脉冲宽度与光电探测器的响应时间有关，其幅度与光电探测器的增益有关。因为每个光电子在光电探测器(光电倍增管PMT或雪崩光电二极管APD等)中行进的轨迹不同，被放大的倍数也不同，造成其输出的电脉冲幅度也是随机的，一般服从某种分布，例如高斯分布。目前市面上的电脉冲信号发生器只能产生确定幅度，确定脉冲宽度，确定速率的电脉冲信号，不能满足模拟光子脉冲信号的需求。为了校准和检测光电探测仪器在光强比较微弱时的性能，需要光子脉冲信号发生器同时满足以下的特性：

1.脉冲宽度可调；

2.脉冲幅度服从一定规律的随机分布(例如高斯分布)；

3.平均脉冲计数率(Count Rate单位时间的脉冲数)可调(与需要模拟的光强成正比)，可为任意波形；

4.每个时刻的脉冲计数率是随机的，服从泊松分布。

其中的第1条，现有的脉冲信号发生器已经可以实现，对于第2、第3和第4条，由于没有合适的算法，现有的脉冲信号发生器不能做到脉冲幅度和脉冲计数率满足一定分布函数的随机变化。

发明内容

本发明使用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法产生可模拟单光子脉冲幅度的随机分布。基于蒙特卡洛算法，本发明根据光电探测器输出信号的特点提供了一种算法，实现了每个光子脉冲的到达时刻和密度随机并符合需求的概率分布，并给出了用该算法实现光子脉冲信号模拟器的一种硬件解决方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种光子脉冲信号发生方法，所述方法模拟光脉冲生成电脉冲，所述光脉冲的每一个包括一个或多个光子，每个光子对应于一个光子脉冲，所述电脉冲的每一个包括对应的一个或者多个光子脉冲，所述方法包括：

预设第一变换分布；

通过所述第一变换分布，随机地确定所述一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置；

预设第二变换分布，

通过所述第二变换分布随机地确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的所述光子脉冲的幅度；

由此确定出每个光子所对应的光子脉冲的时间位置和幅度，从而实现光子脉冲信号的模拟，

其中，所述第一变换分布是通过蒙特卡洛算法对第一概率分布进行第一变换所生成的，所述第一概率分布是光子密度随时间变化的分布；

其中，所述第一变换分布是通过蒙特卡洛算法对第二概率分布进行第二变换所生成的，所述第二概率分布是光子脉冲的幅度随机变化的分布。

优选地，所述对第一概率分布进行第一变换是对所述第一概率分布进行积分并归一化得到第一累积函数、再对所述第一累积函数求反函数。

优选地，所述对第二概率分布进行第二变换是对所述第二概率分布进行积分并归一化得到第二累积函数、再对所述第二累积函数求反函数。

优选地，所述一个或者多个光子的数目为N个，所述通过第一变换分布来随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置包括；

对于N个光子中的第i个光子，通过第一随机数发生器产生第i个第一随机数，

将所述第i个第一随机数作为自变量输入到第一变换分布，由此得到所述第i个光子所对应的第i个光子脉冲的时间位置，其中，N是整数，i是1到N之间的整数。

优选地，所述一个或者多个光子的数目为N个,所述通过第二变换分布来随机地确定所述一个或者多个光子的每一个所对应的所述光子脉冲的幅度包括：

对于N个光子中的第i个光子，通过第二随机数发生器产生第i个第二随机数；

将所述第i个第二随机数作为自变量输入到第二变换分布，由此得到所述第i个光子所对应的第i个光子脉冲的幅度。

优选地，其中第一随机数是均匀分布的且范围是0-1，第二随机数是均匀分布的且范围是0-1。

优选地，所述第二概率分布包括高斯分布。

优选地，所述光子脉冲发生方法还包括预设光子脉冲宽度。

优选地，所述通过第一变换分布来随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置以及所述通过第二变换分布来随机地确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的所述光子脉冲的幅度是并行或者串行进行的。

优选地，所述光子脉冲发生方法还包括数模转换步骤，通过数模转换将所得到的光子脉冲由数字信号转换为模拟信号。

根据本发明的第二方面，还提供了一种光子脉冲信号发生装置，用于模拟光脉冲生成电脉冲，所述光脉冲的每一个包括一个或多个光子，所述电脉冲的每一个包括一个或者多个光子脉冲，一个光子对应于一个光子脉冲，所述信号发生器包括算法装置，其中所述算法装置包括第一变换分布和第二变换分布，其中，

所述第一变换分布用于随机地确定所述一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置；所述第一变换分布是通过蒙特卡洛算法对第一概率分布进行第一变换所生成的，所述第一概率分布是光子密度随时间变化的分布；

所述第二变换分布用于随机地确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的所述光子脉冲的幅度；所述第一变换分布是通过蒙特卡洛算法对第二概率分布进行第二变换所生成的，所述第二概率分布是光子脉冲的幅度随机变化的分布；

由此确定出每个光子所对应的光子脉冲的时间位置和幅度，从而实现光子脉冲信号的模拟。

优选地，所述对第一概率分布进行第一变换包括对所述第一概率分布进行积分并归一化得到第一累积函数、再对第一累积函数求反函数。

优选地，其中对第二概率分布进行第二变换包括对所述第二概率分布进行积分并归一化得到第二累积函数、再对第二累积函数求反函数。

优选地，所述一个或者多个光子的数目为N个，所述通过第一变换分布来确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置包括；

优选地，其中所述一个或者多个光子的数目为N个,所述通过第二变换分布来确定所述一个或者多个光子的每一个所对应的所述光子脉冲的幅度包括：

对应N个光子中的第i个光子，通过第二随机数发生器产生第i个第二随机数；

优选地，所述第二概率分布包括高斯分布。

优选地，所述算法装置还包括预设光子脉冲宽度。

优选地，其中所述通过第一变换分布来随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置以及所述通过第二变换分布来确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的所述光子脉冲的幅度是并行或者串行进行的。

优选地，其中所述算法装置包括FPGA。

优选地，所述光子脉冲发生装置还包括输出装置，通过数模转换将所述所得到的光子脉冲由数字信号转换为模拟信号。

优选地，所述光子脉冲发生装置，还包括用户接口装置，其中通过所述用户接口装置输入所述第一变换分布和/或第二变换分布；或者，通过所述用户接口装置输入所述第一概率分布和/或第二概率分布，在所述信号发生装置内部生成所述第一变换分布和/或第二变换分布。

本发明的方法和装置可以用来检测和校准光子计数数据采集卡的最大计数率、死时间，漏计和重计等误差；可以用来检测前置放大器，整形器，甄别器等的性能；也可以用来检测和校准模拟数据采集卡的线性度，动态范围等性能；该发明解决了激光雷达等光电设备检测和校准的需求，可以小型化，在现场使用。

本发明优点：

1.可以进行单光子脉冲信号模拟；

2.可以进行多光子脉冲信号模拟，光子流电脉冲信号形成与目标信号光强随时间变化规律一致的概率分布；

3.每个光子脉冲信号幅度随机分布，模拟光电探测器不同的增益和一致性。

4.触发频率，单个触发产生的光子数，目标信号概率分布，脉冲幅度分布等参数可选择地由用户输入。该发明解决了激光雷达等光电设备检测和校准的需求，可以小型化，在现场使用。

5.利用FPGA可以快速、并行处理的特点，可以实现实时产生光子脉冲信号的特点。

附图说明

图1典型光电探测器电信号输出示意图。(a)光强较大；(b)光强较小；(c)光强很小；

图2示出典型的光子脉冲信号，其中图2a表示幅度概率分布；图2b表示累积函数；图2c表示累积函数的反函数；

图3示出单光子脉冲信号序列，其幅度大小随机分布，符合高斯分布；

图4a示出根据本发明的一个实施例的一个光强(或者光子数密度)随时间(或者探测高度)变化的分布；

图4b代表对图4a的分布进行积分归一化的累积函数；

图4c代表图4b的累计函数的反函数；

图5示出根据本发明的一个实施例，实现光子脉冲信号发生器模拟光子脉冲的产生工作过程；

图6是本发明的一个装置实施例；

图7a、图7b示出根据本发明的实施例的具有不同的光子数N的模拟结果；

图8示出对N＝10⁵时的输出信号在4-5km范围内得光子数的统计分析结果。

具体实施方式

本发明的方法和装置可以模拟光脉冲的输入，产生一系列电脉冲，每个电脉冲包括一个或者多个光子脉冲。每个电脉冲对应一个所模拟的光脉冲信号，而每个光脉冲信号包括一个或者多个光子，每个光子可以被转换成一个对应的光子脉冲。

可以将每个输出的电脉冲理解成一个信号帧，每个帧中包括一个或多个光子脉冲，每个光子脉冲都具有时间位置(到达时刻)、幅度以及宽度诸参数。因此，为了实现光子脉冲信号的模拟，就需要确定每个光子脉冲在输出信号帧(或者电脉冲)中的三个参数。

1.幅度的确定-服从高斯分布的光子脉冲幅度的生成方法

本发明采用蒙特卡洛算法。假如我们的需要产生一系列脉冲信号，脉冲幅度平均为A＝25mV，符合高斯分布，标准差σ＝5mV，即分布函数p，如图2a所示。根据本发明的方法，每个脉冲幅度随机产生的步骤是：

a)对概率分布函数p进行积分并归一化得到累积函数P，如图2b所示；

b)求累积(accumulation)函数P的反函数A，如图2c所示；

c)产生一个从0到1，均匀分布的随机数RND；

d)将这个随机数RND作为自变量代入反函数A中得到一个A幅度值；

e)重复步骤c)和d)，可以得到一系列脉冲幅度值，它们的大小是随机的，但是服从图2a的分布。

在实际应用中，如果分布函数可以用一个公式表达，可以对其进行积分，并求其反函数。如果分布函数不能表示为一个公式，可以对其进行数值积分，并求其反函数。

图3为一个用此算法产生的一个等间距的脉冲序列，每个脉冲高度值是随机的，它们的分布符合图2a的高斯分布。

2.时间位置的确定-光子脉冲信号的产生算法

上例中模拟脉冲序列是一个等间距的脉冲序列。实际上对应一定光强的单光子脉冲序列的平均计数率与光强成正比，但是每个时刻的瞬时计数率，也就是每个脉冲之间的间隔并非是等间隔的，而是随机的并符合泊松分布。

以上例为基础，下面给出另外一个例子进一步来说明本发明的算法和步骤。这个例子模拟一个大气激光雷达光电探测器(光电倍增管PMT或雪崩二极管APD)的回波光电信号。需要模拟的激光雷达信号廓线，即目标信号廓线如图4a所示。横坐标为高度(或时间，相差一个光速)，单位是m(米)，纵坐标为信号强度，也就是光强，用光子计数率表示，单位是cps(Count per second，每秒计数)。这个廓线也就是在高度0-15km(对应于时间0-100μs，微秒)范围内探测到光子的概率分布曲线。

根据蒙特卡洛方法，首先对这个概率分布进行数值积分并归一化，得到概率的累积函数如图4b所示。

与上一个例子类似，求该累积函数的反函数备用，如图4c所示。

本发明例的整个算法流程和步骤如图5所示。

内部或外部触发器每产生一个触发信号来模拟发射一个激光脉冲。N为针对每一个触发激光脉冲，探测器可以接收到的光子数。其大小与激光脉冲能量，望远镜口径大小，探测器量子效率，大气状态等有关系。每一个For–Next循环决定一个光子出现在信号概率分布曲线中的位置，也就是光子到达时刻，也就是用一个(0-1)随机数代入图5所示的累积函数的反函数中得到。每个光子脉冲的幅度由上例中描述的算法得到。完成N次循环，得到N个光子脉冲的时间(高度)和幅度，完成一个触发信号(激光脉冲)对应的激光雷达回波信号输出。每一个触发信号(激光脉冲)就会产生N个光子脉冲信号，但是每次产生的N个光子脉冲信号的时间(高度)和幅度都是随机的，时间概率分布服从激光雷达回波廓线，而幅度服从高斯分布。

具体而言，用户需要提供所模拟的对象，即光强(或者光子密度，即单位时间的光子数)随时间变化的分布606，对该概率分布进行数值积分并归一化，得到概率的累积函数607，然后求其的反函数611。

另一方面，用户提供预设的具有高斯分布的光子脉冲的幅度分布608，并对该分布进行数值积分并归一化得到累积函数609,对累积函数求反函数613。

内部或外部触发器601、602每产生一个触发信号来代表发射一个激光脉冲。每个激光脉冲包括N个光子，这里采用FOR-NEXT循环来模拟。每个循环对应一个光子。对于第i个循环，分别触发第一随机数发生器610和第二随机数发生器612。第一随机数发生器610产生第i个0-1均匀分布的第二随机数，该第i个第一随机数作为自变量代入反函数611，得出一个时间值，该时间值就是对应的第i个光子脉冲在输出的电信号帧中时间轴横坐标上的位置。另一方面，第二随机数发生器612产生第i个0-1均匀分布的第一随机数，该第i个第二随机数作为自变量代入反函数613，得出一个幅度值，该幅度值就是对应的该第i个光子脉冲在输出的电信号帧中的幅度(高度)。考虑到预设的脉冲宽度，由此，在完成N个循环后，就可以形成一个完整的信号帧616。617代表多个光脉冲产生的多个信号帧。可以看到，每个信号帧的分布与606相似，但不相同，显示出一定的随机性。

在本实施例中，第一随机数发生器610和第二随机数发生器612采取了并行的工作方式。本领域技术人员可以理解，其他的变化例也是可能的。例如我们可以采取串行的工作方式，第一随机数发生器610和第二随机数器612中的一个在第一时间先产生一个随机数，生成光子脉冲的一个参数(位置或时间)，而第一随机数发生器610和第二随机数器612中的另一个在晚于第一时间的第二时间再产生另一个随机数，生成光子脉冲的另一个参量(位置或时间)，由此也可以确定输出信号帧中的光子脉冲。

3.光子脉冲信号发生器

图6为用本发明算法实现光子脉冲信号发生器一个硬件功能结构例子。

该信号发生器包括微处理器702、算法装置703，还包括用户接口装置701。在算法装置703的下游，还可以包括一个数模转换器706，用于将算法装置“计算出来”的数字脉冲信号转换为模拟信号输出。

因为本算法每个触发信号704或者705周期时间内产生N个光子脉冲信号，由于可能需要进行积分、求反函数、产生随机数等操作，比较耗时，因此本发明将这些算法可以在FPGA中实现。FPGA不仅可以用硬件实现各种逻辑运算，还可以实现并行计算，也就是可以实现并行同时产生多个光子脉冲，从而可以保证实时产生模拟的光子脉冲信号。光子脉冲装置所需的各种参数，例如模拟器触发选择，触发重复频率(激光重频)，需要模拟的信号廓线、每个触发产生的光子数，光子脉冲宽度和幅度等用一个微处理器702来控制一个用户接口701完成输入。其中光子脉冲宽度由需要模拟的光电探测器的时间相应速度决定，一般为1-100ns(纳秒)；光子脉冲幅度由光电探测器的增益决定，一般为1-100mV。该微处理器702也是整个信号模拟器的中央控制器。当信号发生器选择为内触发工作方式时，微处理器指示振荡器产生一个TTL电平的脉冲触发信号输出。FPGA内算法产生的N个脉冲数字信号时间和幅度经过DAC转化为N个相应幅度的模拟脉冲信号输出。

当然，在另外一个实施例中，使用蒙特卡洛方法对需要模拟的信号廓线的积分、求反函数可以在信号发生器外部完成，可以通过用户接口701直接输入反函数至信号发生器中备用。

类似地，使用蒙特卡洛方法对服从高斯分布的光子脉冲幅度廓线的积分、求反函数可以在信号发生器外部完成，可以通过用户接口701直接输入该反函数至信号发生器中备用。

图7a、图7b为该信号模拟器的输出结果。需要模拟的是一个典型的激光雷达信号廓线，如图4a所示。为了方便显示光子数，模拟的光电探测器的输出光子脉冲幅度为(1.0±0.3)mV。

图7a中显示每个触发(激光脉冲)产生N＝10,100,1000,10000个光子时的输出结果。可以看出当N＝10时，光子数很少，每个光子几乎是完全分开的。因为每个光子的到达时间都是随机的，当N＝100以上时，光子数较为密集，它们就有较大的概率相互重叠。这种现象称为光子计数的堆积(Pileup)效应。由于信号模拟器产生的光子数是确定的N，将输出的脉冲信号输入到光子计数卡中，可以定量检测和校准光子计数卡的时间分辨率，最大计数率，漏计和重计误差等。当N>＝1000时，由于光子数比较密集，分离的光子脉冲信号逐步相互重叠、累加成了连续信号。这时可以用该信号检验模拟数据采集卡。

图7b为N＝100，重复累计了10³,10⁴,10⁵,10⁶个激光脉冲(即触发)以后的信号。可以看出该光脉冲信号模拟完全重复了如图4a所示的输入的信号廓线。这说明本发明的算法的正确性。

图8为对N＝10⁵时的输出信号在4-5km范围内得光子数的统计分析结果。

从图8中可以看到光子数的分布可以很好地拟合上高斯函数。当平均光子数为1500左右时，因为数量很大，光子数的泊松分布与高速分布几乎完全一致。这也验证了本发明的算法的正确性。

以上通过实施例描述了本发明。

本发明优点：

1.可以进行单光子脉冲信号模拟；

3.每个光子脉冲信号幅度随机分布，模拟光电探测器不同的增益和一致性；

4.触发频率，单个触发产生的光子数，目标信号概率分布，脉冲幅度分布等参数可选择地由用户输入。该发明解决了激光雷达等光电设备检测和校准的需求，可以小型化，在现场使用；

以上参照附图描述了本公开的优选实施例，但是本公开当然不限于以上示例。本领域技术人员可在所附权利要求的范围内得到各种变更和修改，并且应理解这些变更和修改自然将落入本公开的技术范围内。

例如，在以上实施例中包括在一个单元中的多个功能可以由分开的装置来实现。替选地，在以上实施例中由多个单元实现的多个功能可分别由分开的装置来实现。另外，以上功能之一可由多个单元来实现。无需说，这样的配置包括在本公开的技术范围内。

在该说明书中，流程图中所描述的步骤不仅包括以所述顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行地或单独地而不是必须按时间序列执行的处理。此外，甚至在按时间序列处理的步骤中，无需说，也可以适当地改变该顺序。

以上虽然结合附图详细描述了本公开的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本公开，而并不构成对本公开的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式做出各种修改和变更而没有背离本公开的实质和范围。因此，本公开的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims

1.一种光子脉冲信号发生方法，所述方法模拟光脉冲生成电脉冲，所述光脉冲的每一个包括一个或多个光子，每个光子对应于一个光子脉冲，所述电脉冲的每一个包括对应的一个或者多个光子脉冲，所述方法包括：

预设第一变换分布,

预设第二变换分布，

其中，所述第一变换分布是通过蒙特卡洛算法对第一概率分布进行第一变换所生成的，所述第一概率分布是光子密度随时间变化的分布,

2.如权利要求1的方法，其中所述对第一概率分布进行第一变换是对所述第一概率分布进行积分并归一化得到第一累积函数、再对所述第一累积函数求反函数。

3.如权利要求1的方法，其中所述对第二概率分布进行第二变换是对所述第二概率分布进行积分并归一化得到第二累积函数、再对所述第二累积函数求反函数。

4.如权利要求1的方法，其中，所述一个或者多个光子的数目为N个，所述通过第一变换分布来随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置包括；

5.如权利要求1的方法，其中所述一个或者多个光子的数目为N个,所述通过第二变换分布来随机地确定所述一个或者多个光子的每一个所对应的所述光子脉冲的幅度包括：

6.如权利要求4或5的方法，其中第一随机数是均匀分布的且范围是0-1，第二随机数是均匀分布的且范围是0-1。

7.如权利要求1的方法，其中，所述第二概率分布包括高斯分布。

8.如权利要求1的方法，还包括预设光子脉冲宽度。

9.如权利要求1的方法，其中所述通过第一变换分布来随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置以及所述通过第二变换分布来随机地确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的所述光子脉冲的幅度是并行或者串行进行的。

10.如权利要求1的方法，还包括数模转换步骤，通过数模转换将所得到的光子脉冲由数字信号转换为模拟信号。

11.一种光子脉冲信号发生装置，用于模拟光脉冲生成电脉冲，所述光脉冲的每一个包括一个或多个光子，所述电脉冲的每一个包括一个或者多个光子脉冲，一个光子对应于一个光子脉冲，所述信号发生器包括算法装置，其中所述算法装置包括第一变换分布和第二变换分布，其中，

12.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中所述对第一概率分布进行第一变换包括对所述第一概率分布进行积分并归一化得到第一累积函数、再对第一累积函数求反函数。

13.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中对第二概率分布进行第二变换包括对所述第二概率分布进行积分并归一化得到第二累积函数、再对第二累积函数求反函数。

14.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中，所述一个或者多个光子的数目为N个，所述通过第一变换分布来确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置包括；

15.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中所述一个或者多个光子的数目为N个,所述通过第二变换分布来确定所述一个或者多个光子的每一个所对应的所述光子脉冲的幅度包括：

16.如权利要求14或15的光子脉冲信号发生装置，其中第一随机数是均匀分布的且范围是0-1，第二随机数是均匀分布的且范围是0-1。

17.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中，所述第二概率分布包括高斯分布。

18.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中，所述算法装置还预设光子脉冲的宽度。

19.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中所述通过第一变换分布来随机地确定一个或者多个光子的每一个所对应的光子脉冲的时间位置以及所述通过第二变换分布来确定所述一个或者多个光子的所述每一个所对应的所述光子脉冲的幅度是并行或者串行进行的。

20.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，其中所述算法装置包括FPGA。

21.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，还包括输出装置，通过数模转换将所述所得到的光子脉冲由数字信号转换为模拟信号。

22.如权利要求11的光子脉冲信号发生装置，还包括用户接口装置，其中通过所述用户接口装置输入所述第一变换分布和/或第二变换分布；或者，通过所述用户接口装置输入所述第一概率分布和/或第二概率分布，在所述信号发生装置内部生成所述第一变换分布和/或第二变换分布。