CN112327309A - 退相干处理方法、系统及相干光接收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及相干探测技术领域，提供一种退相干处理方法、系统及相干光接收装置，所述相干光接收装置包括多个光电转化单元，所述方法包括：将所述多个光电转化单元中的至少两个光电转化单元转化出的电信号分别与参考信号进行相位比较获得相应的相位差；依据获得的相位差，将所述至少两个光电转化单元转化出的电信号分别进行相位补偿，获得至少两个补偿后的光电转化单元电信号；以及将至少两个补偿后的光电转化单元电信号用于进行电信号的叠加输出。通过将不同光电转化单元/像元的相位补偿至相同相位，然后将具有相同相位的多个电信号进行叠加，从而增强信号强度，消除由于相位不同导致的信号正负相消，致使叠加后输出的电信号较弱不易识别的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及相干探测技术领域，具体涉及一种退相干处理方法、系统及相干光接收装置。
背景技术
相干探测是通过将回波信号和本振光进行混频，输出二者的差频分量，由探测器面阵吸收产生光电流，该差频分量保留了回波信号振幅、频率和相位信息，实现了对回波信号的全息探测。相比直接探测，具有探测能力强、转换增益高、信噪比高和抗干扰能力强等优点，广泛应用于相干光通信、遥感、激光雷达测速和测距等领域。
然而，由于相干探测器等相干光接收装置接收到的信号来自目标不同部位，导致回波相位不同，多个回波信号与本振光在探测器表面发生干涉，探测器面阵在吸收这些干涉信号时导致产生的电流信号相位也不相同，导致信号叠加时会出现正负抵消，总的光外差信号降低，这种现象即为退相干效应。尤其是当目标表面粗糙时，由于目标表面凹凸不平随机起伏，在相干探测器面阵的每个像元上的电流相位随机分布，正负相消后所输出的光电流严重减小不易识别，影响探测效果。
综上，亟待设计一种退相干处理方案以解决上述问题。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种退相干处理方法、系统及相干光接收装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的第一方面，公开一种退相干处理方法，用于相干光接收装置，相干光接收装置包括多个光电转化单元，方法包括：
将多个光电转化单元中的至少两个光电转化单元转化出的电信号分别与参考信号进行相位比较获得相应的相位差；
依据所获得的相位差，将至少两个光电转化单元转化出的电信号分别进行相位补偿，获得至少两个补偿后的光电转化单元电信号；以及
将至少两个补偿后的光电转化单元电信号用于进行电信号的叠加输出。
根据本发明的一示例实施方式，其中参考信号包括以下任一种：
在预设范围内具有固定相位取值的信号；
多个光电转化单元转化出的电信号中的一个或至少两个叠加后输出的电信号；
多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。
根据本发明的一示例实施方式，进行一次或多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。
根据本发明的一示例实施方式，其中进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出时，参考信号实时地或者按预设时序分别与至少两个光电转化单元转化出的电信号进行相位比较。
根据本发明的一示例实施方式，其中将每次叠加后输出总的电信号或者至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号作为下一次相位比较的参考信号。
根据本发明的一示例实施方式，其中相位补偿包括：根据所获得的相位差一次性补偿相位差；或者通过多次相位补偿实现相位差的补偿。
根据本发明的一示例实施方式，补偿相位差，包括：
根据所获得的光电单元与参考信号的相位差，以及每个补偿单元的预设补偿值确定所需补偿单元的数量；
根据所确定的所需补偿单元的数量接通相应数量的补偿单元，以对该光电转化单元转化出的电信号进行补偿。
根据本发明的一示例实施方式，其中进行多次相位补偿包括：通过预设的补偿值对光电转化单元输出的电信号进行多次相位补偿，直至相位补偿的总和与所获得的相位差相比在预定的误差范围内；或者先采用第一补偿值进行初步粗略补偿，再采用第二补偿值进行高精度补偿，其中第一补偿值大于第二补偿值。
根据本发明的一示例实施方式，光电转化单元包括至少一个像元。
根据本发明的第二方面，公开一种退相干处理系统，用于相干光接收装置，
相干光接收装置包括多个光电转化单元，其特征在于，系统包括N个相差检测模块、N个对应的相位补偿模块和一信号叠加输出模块，N为大于1的整数，其中：
光电转化单元用于接收光信号并转化为电信号；
每个相差检测模块用于将与该相差检测模块连接的光电转化单元转化出的电信号与参考信号进行比较获得相位差；
每个相位补偿模块用于依据相位差进行与该相位补偿模块连接的光电转化单元转化出的电信号的补偿；以及
叠加输出模块用于将包括N个补偿后的电信号在内的电信号进行叠加后输出。
根据本发明的一示例实施方式，其中参考信号包括以下任一种：
在预设范围内具有固定相位取值的信号；
多个光电转化单元转化出的电信号中的一个或至少两个叠加后输出的总的电信号；
多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。
根据本发明的一示例实施方式，其中参考信号实时地或者按预设时序分别与至少两个光电转化单元转化出的电信号进行相位比较。
根据本发明的一示例实施方式，系统还包括N个波形转化单元，每个波形转化单元设于一个光电转化单元和相应的相差检测模块之间，用于将对应的光电转化单元输出的电信号进行波形转化后进行相差检测。根据本发明的一示例实施方式，系统还包括N个滤波单元，每个滤波单元设于一个波形转化单元和相应的相差检测模块之间，用于将对应的波形转化单元输出的电信号转化为直流信号后再输出至对应的相差检测模块和对应的相位补偿模块。根据本发明的一示例实施方式，系统还包括N个第一模数转化模块，每个第一模数转化模块设于一个光电转化单元和相应的相差检测模块之间，用于将对应的光电转化单元输出的电信号转化为数字信号后进行相差检测。
根据本发明的一示例实施方式，其中相差检测模块包括依次连接的鉴相单元、相差电压转化单元和第二模数转化单元。
根据本发明的一示例实施方式，其中鉴相单元包括第一触发器、第二触发器和与门。
根据本发明的一示例实施方式，其中相差电压转化单元包括依次连接的第一电流源、第一开关、第二开关和第二电流源。
根据本发明的一示例实施方式，其中相位补偿模块包括多个串联的补偿单元，每个补偿单元并联有对应的开关，每个开关依据相差检测模块输出的信号进行闭合或断开。
根据本发明的一示例实施方式，光电转化单元包括至少一个像元。
根据本发明的第三方面，公开一种相干光接收装置，其特征在于，包括至少一个任一前述的退相干处理系统。
根据本发明的一些示例实施方式，通过将不同光电转化单元/像元的相位补偿至相同相位，然后将具有相同相位的多个电信号进行叠加，从而增强了信号的强度，消除了由于相位不同导致的信号正负相消，致使叠加后输出的电信号较弱不易识别的弊端。
根据本发明的一些示例实施方式，当相干探测器探测目标为动态目标时，进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出，以消除运动物体的速度变化引起光电转化单元转化出的电信号相位的动态变化而造成的影响。
根据本发明的又一些示例实施方式，通过将每次输出总的电信号作为下一次相位比较的参考信号，相比将参考信号设为某一固定的相位或者某一光电转化单元的相位，本发明可以降低相位的整体偏差，从而提升相位补偿的响应速度。
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的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1示出相干探测器探测过程中的光路系统示意图。
图2示出根据本发明一示例实施方式的退相干处理方法的流程图。
图3A示出光电转化单元阵列不同区域设有相同参考信号的示意图。
图3B示出光电转化单元阵列不同区域设有不同参考信号的示意图。
图4示出将每次输出总的电信号作为下一次相位比较的参考信号的退相干处理方法的流程图。
图5示出根据本发明一示例性实施方式的退相干处理系统的框图。
图6示出将叠加后的信号作为各相差检测模块的参考信号输入的退相干处理系统的框图。
图7示出在光电转化单元的输出端增设波形转化单元的退相干处理系统的框图。
图8示出进一步增设滤波单元的退相干处理系统的框图。
图9示出在光电转化单元的输出端增设第一模数转化模块的退相干处理系统的框图。
图10示意性给出本发明实施例中相差检测模块及相位补偿模块的电路图。
图11示出相位补偿的时序图。
具体示例实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明的目的在于提供一种退相干处理方法、系统及相干光接收装置，退相干处理方法、系统用于相干光接收装置，相干光接收装置包括多个光电转化，方法包括：将每个光电转化单元转化出的电信号分别与参考信号进行相位比较获得相位差；依据所获得的相位差将每个光电转化单元转化出的电信号进行相位补偿；以及将多个补偿后的光电转化单元电信号进行叠加后输出总的电信号。本发明的相干处理方法、系统及相干光接收装置通过将不同光电转化单元/像元的相位补偿至相同相位，然后将具有相同相位的多个电信号进行叠加，从而增强了信号的强度，消除了由于相位不同导致的信号正负相消，致使叠加后输出的电信号较弱不易识别的弊端。同时，当相干探测器探测目标为动态目标时，进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出，以消除运动物体的速度变化引起光电转化单元转化出的电信号相位的动态变化而造成的影响。进一步地，通过将每次输出总的电信号作为下一次相位比较的参考信号，相比将参考信号设为某一固定的相位或者某一光电转化单元的相位，本发明可以降低相位的整体偏差，从而提升相位补偿的响应速度。
下面结合图1-11对本发明的退相干处理方法、系统及相干光接收装置进行详细说明，其中，图1示出相干探测器探测过程中的光路系统示意图；图2示出根据本发明一示例实施方式的退相干处理方法的流程图；图3A示出光电转化单元阵列不同区域设有相同参考信号的示意图；图3B示出光电转化单元阵列不同区域设有不同参考信号的示意图；图4示出将每次输出总的电信号作为下一次相位比较的参考信号的退相干处理方法的流程图；图5示出根据本发明一示例性实施方式的退相干处理系统的框图；图6示出将叠加后的信号作为各相差检测模块的参考信号输入的退相干处理系统的框图；图7示出在光电转化单元的输出端增设波形转化单元的退相干处理系统的框图；图8示出进一步增设滤波单元的退相干处理系统的框图；图9示出在光电转化单元的输出端增设第一模数转化模块的退相干处理系统的框图；图10示意性给出本发明实施例中相差检测模块及相位补偿模块的电路图；图11示出相位补偿的时序图。
首先以相干探测器为例从整体上介绍相干探测器等相干光接收装置探测过程中的光路系统。
图1为相干探测器探测过程中的光路系统示意图，目标物体反射回的光，在光学接收系统中发生相干后进入由多个光电转化单元组成的光电转化单元阵列，该阵列将接收到的相干光转化为电信号。
目标物体表面的粗糙程度、探测距离以及目标物体的运动速度均会引起电信号相位的变化，正负相消后致使输出的总的电信号严重减小。因此，本发明提出了一种通过相位补偿来进行退相干处理的方法和系统。
下面结合图2-4对本发明一示例实施方式的一退相干处理方法进行具体说明，其中图2示出根据本发明一示例实施方式的退相干处理方法的流程图；图3A示出光电转化单元阵列不同区域设有相同参考信号的示意图；图3B示出光电转化单元阵列不同区域设有不同参考信号的示意图；图4示出将每次输出总的电信号作为下一次相位比较的参考信号的退相干处理方法的流程图；。其中退相干处理方法用于相干光接收装置，相干光接收装置包括多个光电转化单元，其探测面可包括由多个光电转化单元构成的阵列，光电转化单元包括至少一个像元(即可包括一个或多个像元)。
本发明的退相干处理方法包括：将光电转化单元转化出的电信号与参考信号进行相位比较获得相位差；依据所获得的相位差将该光电转化单元转化出的电信号进行相位补偿；将补偿后的光电转化单元电信号用于进行电信号的叠加输出。具体来说，如图2所示：
在S201，将多个光电转化单元中的至少两个光电转化单元转化出的电信号分别与参考信号进行相位比较获得相应的相位差。
根据本发明的一示例实施方式，其中参考信号可包括以下任一种：为在预设范围内具有固定相位取值的信号；
多个光电转化单元转化出的电信号中的一个或至少两个叠加后输出的电信号；
多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。
根据本发明的一示例实施方式，其中阵列可划分为多个区域，同一区域中的光电转化单元采用相同的参考信号，不同区域中的光电转化单元采用不同的参考信号。
具体来说，这里所说的参考信号可为预设范围内取值的固定相位，也可为某一固定对象的输出信号。具体包括如下实施方式：
(1)参考信号为相位在0°～360°范围内取值的任一固定信号。比如参考信号的相位取值为0°时，即将光电转化单元转化出的电信号相位与0°比较获得相位差，根据该相位差进行补偿，将光电转化单元的相位补偿至0°。
(2)参考信号为光电转化单元阵列中任一光电转化单元输出的电信号。选取光电转化单元阵列中任意一光电转化单元，将该被选取光电转化单元的电信号作为参考信号，获得光电转化单元与该被选取光电转化单元电信号的相位差，根据该相位差进行补偿，将光电转化单元的相位补偿至该被选取光电转化单元的相位。
(3)参考信号为多个光电转化单元转化出的电信号中的至少两个叠加后输出的电信号。即可选取光电转化单元阵列中部分或全部光电转化单元转化出的电信号进行输出电信号的叠加，以叠加后输出的总的电信号为参考信号，获得光电转化单元与该总的电信号的相位差，根据该相位差进行补偿，将光电转化单元的相位补偿至该被选取像元的相位。
(4)参考信号为多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。即可选取全部光电转化单元转化出的电信号分别补偿后叠加输出总的电信号作为参考信号。也可以选取部分光电转化单元转化出的电信号进行补偿，补偿后的电信号与剩余未进行补偿由光电转化单元转化出的电信号进行叠加输出总的电信号作为参考信号。
这里所说的多个光电转化单元可以为整个阵列中的所有光电转化单元如图3A所示，也可为部分光电转化单元，图中R为参考信号的相位值。
若多个光电转化单元为部分光电转化单元，整个阵列的光电转化单元可以划分为多个区域，不同区域可设有相同的上述参考信号如图3A所示，或者不同区域设为不同的上述参考信号如图3B所示，每个区域的大小可以不一致。其中R1、R2、R3、R4代表不同的相位值。
这里所说的光电转化单元转化出的电信号包括电流信号，电压信号，以及基于电流或电压的转化所获得的数字信号中的至少一种。
该光电转化单元转化出的电信号可以为光电转化单元在不同状态下产生的电信号的差值。例如光电转化单元所接收到的回波+背景光产生的电信号与所接收到的背景光产生的电信号的差值，由此可以消除背景光的干扰，提高信噪比。
这里对电信号的波形不做限定，比如可以包括正弦波、方波、三角波和锯齿波中的任意一种。
而光电转化单元转化出的电信号与参考信号间的相位比较可通过鉴相器或者现有技术中的任意相位比较方法获得。针对非方波信号，为了便于获得相位差可先转化为方波再进行比较，还可将获得的方波进一步滤波后获得直流信号后再进行比较。
在S202，依据所获得的相位差，将至少两个光电转化单元转化出的电信号分别进行相位补偿，获得至少两个补偿后的光电转化单元电信号。
根据本发明的一示例实施方式，其中相位补偿包括：根据所获得的相位差一次性补偿相位差；或者通过多次相位补偿实现相位差的补偿。
根据本发明的一示例实施方式，其中根据所获得的相位差一次性补偿相位差包括：根据所获得的光电单元与参考信号的相位差，以及每个补偿单元的预设补偿值确定所需补偿单元的数量；根据所确定的所需补偿单元的数量接通相应数量的补偿单元，以对该光电转化单元转化出的电信号进行补偿。
根据本发明的一示例实施方式，其中进行多次相位补偿包括：通过预设的补偿值对光电转化单元输出的电信号进行多次相位补偿，直至相位补偿的总和与所获得的相位差相比在预定的误差范围内；或者先采用第一补偿值进行初步粗略补偿，再采用第二补偿值进行高精度补偿，其中第一补偿值大于第二补偿值。
也就是说，可根据所获得的相位差一次性补偿相位差，也可通过定量相位的多次补偿最终获得所需的相位差补偿。
对于一次性补偿相位差的方式，相位补偿模块依据所获得的相位差信号确定所需接入的相位补偿单元，对输入的电信号直接进行相位差的补偿。
对于定量相位的多次补偿的方式，可通过预设的补偿值对光电转化单元输出的电信号进行多次相位补偿，直至相位补偿的总和等于所输入的相位差或在允许的误差范围内最接近输入的相位差。以2°的预设补偿值为例，当相位差为10°时，需要进行5次补偿以达到该相位差。
由于受探测物体运动变化的影响光电转化单元所转化的电信号的相位是动态变化的，导致相位补偿范围存在一定的跨度，与参考信号的相位差有时会在较大的范围内变化。上述预设补偿值可分级设置，根据相位差的大小进行选择或组合。以两级设置为例，第一补偿单元的预设补偿值设为1°，第二补偿单元的预设补偿值设为3°，则当相位差较小时可采用第一补偿单元进行补偿，当相位差较大时采用第二补偿单元进行补偿，或者相位差较大时采用第二补偿单元进行初步粗略补偿，再由第二补偿单元进行高精度补偿。
上述相位补偿可针对模拟信号通过延迟的方式实现；也可将模拟信号转化为数字信号，通过FPGA中的IODELAY(输入输出延迟模块)、IODELAYCTRL进行相位的补偿，或者通过移位寄存器来实现相位补偿。
在S203，将至少两个补偿后的光电转化单元电信号用于进行电信号的叠加输出。
需要说明的是，当全部光电转化单元转化出的电信号均分别进行相位的补偿时，则将所有补偿后的电信号叠加后输出作为总的电信号；当只有部分光电转化单元转化出的电信号进行了相位补偿时，则可将该部分补偿后的电信号叠加后作为总的电信号，或者将该部分补偿后的电信号与未经补偿的光电转化单元转化出的电信号一起叠加后作为总的电信号。
根据实际探测目标/探测环境等不同，可以进行一次或多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。下面分别具体进行说明。
根据本发明的一示例实施方式，进行一次或多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。
例如，根据本发明的一示例实施方式，其中当相干探测器探测目标为静止目标时，进行一次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。
根据本发明的一示例实施方式，其中进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出时，参考信号实时地或者按预设时序与多个光电转化单元转化出的电信号进行相位比较。
例如，根据本发明的一示例实施方式，其中当相干探测器探测目标为动态目标时，进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。
针对运动物体/目标，速度变化会引起光电转化单元转化出的电信号相位的动态变化，因此需要针对动态变化的相位进行相应的动态补偿。具体包括：将光电转化单元转化出的电信号与参考信号进行相位比较并获得相应的相位差；依据所获得的当前相位差，将该光电转化单元转化出的电信号进行相位补偿；将多个补偿后的光电转化单元当前电信号进行叠加后输出当前总的电信号。
根据本发明的一示例实施方式，其中多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出按预设时序/预定时间间隔进行。
根据本发明的一示例实施方式，其中每当接收到参考信号输入时进行一次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。
也就是说，上述相位比较可按照预设时序/预定时间间隔进行光电转化单元转化出的电信号与参考信号的相位比较；或者，基于参考信号的输入实时地进行相位比较并获得相应的相位差，即每当接收到有参考信号输入时实时地进行相位比较。
根据本发明的一示例实施方式，其中将每次叠加后输出总的电信号或者经相位补偿后叠加输出的总的电信号作为下一次相位比较的参考信号。如图4所示，当有总的电信号输入时，开始进行相位比较并获得当前的相位差；基于该当前相位差进行光电转化单元转化出的电信号的相位补偿；补偿后的电信号用于叠加输出当前总的电信号。该当前总的电信号作为下一循环/下一次相位比较的参考信号输入，用于获得下一循环/下一次相位比较的相位差。
根据本发明的一示例实施方式，光电转化单元包括至少一个像元，即一个光电转化单元可包括一个像元或多个像元。
下面结合图5-11对本发明的退相干处理系统进行具体说明，退相干处理系统用于相干光接收装置，其中图5示出根据本发明一示例性实施方式的退相干处理系统的框图；图6示出将叠加后的信号作为各相差检测模块的参考信号输入的退相干处理系统的框图；图7示出在光电转化单元的输出端增设波形转化单元的退相干处理系统的框图；图8示出进一步增设滤波单元的退相干处理系统的框图；图9示出在光电转化单元的输出端增设第一模数转化模块的退相干处理系统的框图；图10示意性给出本发明实施例中相差检测模块及相位补偿模块的电路图；图11示出相位补偿的时序图。
如图5所示，用于相干探测器等相干光接收装置的退相干处理系统包括：
N个相差检测模块、N个对应的相位补偿模块和一信号叠加输出模块，N为大于1的整数。其中：光电转化单元用于接收光信号并转化为电信号；每个相差检测模块用于将与该相差检测模块连接的光电转化单元转化出的电信号与参考信号进行比较获得相位差；每个相位补偿模块用于依据相位差进行与该相位补偿模块连接的光电转化单元转化出的电信号的补偿；以及叠加输出模块用于将包括N个补偿后的电信号在内的电信号进行叠加后输出。
具体来说，光电转化单元的输出端可分别与相差检测模块的第一输入端以及相位补偿模块的第一输入端相连，相差检测模块的第二输入端用于输入参考信号。相差检测模块的输出端与相位补偿模块的第二输入端相连，相位补偿模块的输出端与信号叠加输出模块相连。
光电转化单元基于接收光所转化的电信号进入相差检测模块，与参考信号进行比较获得相位差。相位补偿模块依据接收到的相位差进行光电转化单元所输入的电信号的补偿，补偿后的电信号输入信号叠加输出模块与其他光电转化单元经补偿后的电信号进行叠加后输出。
根据本发明的一示例实施方式，相干探测器的探测面包括由N个光电转化单元构成的阵列，光电转化单元包括至少一个像元(即一个光电转化单元可包括一个像元或多个像元)，其中阵列可划分为多个区域，同一区域中的光电转化单元采用相同的参考信号，不同区域中的光电转化单元采用不同的参考信号。即光电转化单元可为一个像元或多个像元，不同的光电转化单元可划分为不同区域，同一区域内的光电转化单元具有相同的参考信号，不同区域的参考信号可以相同也可以不同。
通过上述方案将不同光电转化单元的相位补偿至相同相位，然后将具有相同相位的多个电信号进行叠加，从而增强了信号的强度，消除了由于相位不同导致的信号正负相消，致使叠加后输出的电信号较弱不易识别。
其中相差检测模块可至少包括鉴相器或者现有技术中的任意相位比较装置中的一种。该鉴相器包括正弦波鉴相器、方波鉴相器、三角波鉴相器和锯齿波鉴相器中的任意一种。
根据本发明的一示例实施方式，其中参考信号可包括以下任一种：
在预设范围内具有固定相位取值的信号；多个光电转化单元转化出的电信号中的一个或至少两个叠加后输出的总的电信号；多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。
根据本发明的一示例实施方式，其中参考信号实时地或者按预设时序分别与至少两个光电转化单元转化出的电信号进行相位比较。
具体来说，在图5实施方式的基础上，将信号叠加输出模块的输出端分别与各相差检测模块的第二输入端相连，如图6所示，用于将叠加后的信号作为各相差检测模块的参考信号输入。
通过上述方式，叠加后的电信号实时的或者按照预设周期反馈至相位补偿模块，由于叠加后信号的相位反映了多个电信号的整体趋向，因此，相比将参考信号设为某一固定的相位或者某一光电转化单元的相位，本方案可以降低相位的整体偏差，从而提升相位补偿的响应速度。
根据本发明的一示例实施方式，系统还包括N个波形转化单元，用于将对应的光电转化单元输出的电信号转化为方波、三角波和锯齿波中的任意一种。如图7所示，在光电转化单元的输出端增设波形转化单元，该波形转化单元的输出端分别与相差检测模块的第一输入端以及相位补偿模块的第一输入端相连。该波形转化单元用于将光电转化单元输出的电信号转化为方波、三角波和锯齿波中的任意一种，以配合相应的相差检测和相位补偿。
进一步地，根据如图8所示本发明的一示例实施方式，退相干处理系统还可包括N个滤波单元，用于将对应的波形转化单元输出的电信号转化为直流信号后再输出至对应的相差检测模块和对应的相位补偿模块。如图8所示，退相干处理系统中还可进一步增设滤波单元，该滤波单元的输入端与波形转化单元的输出端相连，输出端分别与相差检测模块的第一输入端以及相位补偿模块的第一输入端相连。光电转化单元输出的电信号经波形转化单元转化后并进一步经过滤波单元转化为直流信号后再与参考信号进行相位比较，以及进行相位补偿。
根据本发明的一示例实施方式，系统还包括N个第一模数转化模块，用于将对应的光电转化单元输出的电信号转化为数字信号。如图9所示，光电转化单元的输出端连接第一模数转化模块，用于将模拟信号转化为数字信号，该实施例中其后级的相差检测模块、相位补偿模块和信号叠加输出模块均针对数字信号进行处理。该实施方式可充分利用数字信号处理精度高和抗干扰能力强的优点获得更精确的补偿，提高输出信号的强度。
根据本发明的一示例实施方式，其中相差检测模块包括依次连接的鉴相单元、相差电压转化单元和第二模数转化单元。
根据本发明的一示例实施方式，其中鉴相单元包括第一触发器、第二触发器和与门。
根据本发明的一示例实施方式，其中相差电压转化单元包括依次连接的第一电流源、第一开关、第二开关和第二电流源。
图10示意性地给出了本发明实施例中相差检测模块及相位补偿模块的电路图，相差检测模块包括依次连接的鉴相单元、相差电压转化单元和第二模数转化单元。鉴相单元用于获得所输入的电信号与参考信号的相位差，相差电压转化单元基于该相位差转化为相应的电压Vc输出，第二模数转化单元基于输入的电压Vc转化为用于指示所需补偿单元数量的信号输出至相位补偿模块。上述补偿单元可采用延迟移相的方法进行补偿，即利用延迟器构成的延迟单元作为补偿单元。鉴相单元设有第一输入端用于输入电信号FB，以及第二输入端用于输入参考信号REF，两路信号经鉴相单元后分别输出up信号和down信号至相差电压转化单元的两个输入端，相差电压转化单元依据输入的up信号和down信号的相位差输出电压Vc至第二模数转化单元，该第二模数转化单元将电压Vc转化为数字信号输出至相位补偿模块，相位补偿模块依据所输入的数字信号确定待补偿的相位差所需相位延迟单元的数量。则输入至相位补偿模块的电信号经过相应数量的延迟单元后输出，完成相位的补偿。
鉴相单元包括第一触发器、第二触发器和与门，第一触发器的第一输入端与电源相连作为D输入端，第二输入端用于输入电信号，第三输入端与与门的输出端连接，用于基于与门的输出信号进行复位，当电信号上升沿时输出端Q＝D，用于输出响应于电信号上升沿的up信号，up信号分别输入相差电压转化单元的第一输入端和与门的第一输入端；第二触发器的第一输入端与电源相连作为D输入端，第二输入端用于输入参考号，第三输入端与与门的输出端连接，用于基于与门的输出信号进行复位，输出端用于输出响应于参考号上升沿的down信号，down信号分别输入相差电压转化单元的第二输入端和与门的第二输入端；与门的输出端分别与第一触发器的第三输入端和第二触发器的第三输入端相连，用于up信号和down信号的复位。
相差电压转化单元包括依次连接的第一电流源A1、第一开关M1、第二开关M2和第二电流源A2，第一电流源A1的输入端与电源相连，第二电流源的输出端接地，其中第一开关M1、第二开关M2的公共端点O分别与电容C的一端以及第二模数转化单元相连，电容C的另一端与电源相连。
第二模数转化单元基于输入的电压Vc转化为用于指示所需延迟单元数量的信号输出至相位补偿模块。
根据本发明的一示例实施方式，其中相位补偿模块包括多个串联的延迟单元(/补偿单元，如前，将延迟器构成的延迟单元作为补偿单元，以下同)，每个延迟单元并联有对应的开关，每个开关依据相差检测模块输出的信号进行闭合或断开。如图10所示，相位补偿模块包括N个串联的延迟单元，每个延迟单元并联有对应的开关，每个开关依据相差检测模块的第二模数转化单元输出的信号进行闭合或断开，开关被断开的延迟单元用于输入电信号的延迟，开关闭合的延迟单元相当于短路，电信号经过时不做延迟。
结合图11进行原理说明，当电信号FB输入时，其上升沿触发产生up信号，参考信号REF输入时，其上升沿触发产生down信号，当up信号和down信号均为高电平时经过与门输出复位信号，用于将up信号和down信号由高电平变为低电平，因此，两个信号上升沿的相位差即为电信号与参考信号的相位差。
up信号处于高电平时，相差电压转化单元的第一开关M1闭合，通过电流源A1向电容C中充电；up信号和down信号同时为高电平时，第一开关M1和第二开关M2同时闭合，电流由A1先后经M1、O、M2和A2后流入地，即down信号为高电平时电容C停止充电，因此电容C的电压值Vc即表征了up与down的相位差，也即电信号与参考信号的相位差
第二模数转化单元依据Vc和
的对应关系，以及相位补偿模块中每一级延迟单元所延迟的相位，确定所需经过的延迟单元的数量。以输出0、1信号控制延迟单元的开关为例，假设0为关断，1为闭合，则当所需经过的延迟单元的数量为20个时，则第二模数转化单元输出20个0和N-20个1至相位补偿模块，已完成对输入电信号的相应补偿。
根据本发明的一示例实施方式，光电转化单元包括至少一个像元，即一个光电转化单元可包括一个像元或多个像元。
根据本发明的第三方面，公开一种相干光接收装置，包括至少一个任一前述的退相干处理系统，其细节请参照本发明退相干处理系统实施方式，在此不再赘述。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实施例的退相干处理方法、系统及相干光接收装置具有以下的优点中的一个或多个。
根据本发明的一些示例实施方式，通过将不同光电转化单元/像元的相位补偿至相同相位，然后将具有相同相位的多个电信号进行叠加，从而增强了信号的强度，消除了由于相位不同导致的信号正负相消，致使叠加后输出的电信号较弱不易识别的弊端。
根据本发明的一些示例实施方式，当相干探测器探测目标为动态目标时，进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出，以消除运动物体的速度变化引起光电转化单元转化出的电信号相位的动态变化而造成的影响。
根据本发明的又一些示例实施方式，通过将每次输出总的电信号作为下一次相位比较的参考信号，相比将参考信号设为某一固定的相位或者某一光电转化单元的相位，本发明可以降低相位的整体偏差，从而提升相位补偿的响应速度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (17)
1.一种退相干处理方法，用于相干光接收装置，所述相干光接收装置包括多个光电转化单元，所述方法包括：
将所述多个光电转化单元中的至少两个光电转化单元转化出的电信号分别与参考信号进行相位比较获得相应的相位差；
依据所获得的相位差，将所述至少两个光电转化单元转化出的电信号分别进行相位补偿，获得至少两个补偿后的光电转化单元电信号；以及
将所述至少两个补偿后的光电转化单元电信号用于进行电信号的叠加输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中参考信号包括以下任一种：
在预设范围内具有固定相位取值的信号；
所述多个光电转化单元转化出的电信号中的一个或至少两个叠加后输出的电信号；
所述多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行一次或多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中进行多次相位比较、相位补偿和相应的电信号的叠加和输出时，所述参考信号实时地或者按预设时序分别与至少两个光电转化单元转化出的电信号进行相位比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中将多个光电转化单元转化出的电信号中的至少两个每次叠加后输出的电信号或者包括至少两个经相位补偿后的电信号用于叠加输出的总的电信号作为下一次相位比较的参考信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述相位补偿，包括：
根据所获得的所述光电单元与参考信号的相位差，以及每个补偿单元的预设补偿值确定所需补偿单元的数量；
根据所确定的所需补偿单元的数量接通相应数量的补偿单元，以对该光电转化单元转化出的电信号进行补偿。
7.根据权利要求1至6中任一所述的方法，其特征在于，所述光电转化单元包括至少一个像元。
8.一种退相干处理系统，用于相干光接收装置，所述相干光接收装置包括多个光电转化单元，其特征在于，所述系统包括N个相差检测模块、N个对应的相位补偿模块和一信号叠加输出模块，N为大于1的整数，其中：
光电转化单元用于接收光信号并转化为电信号；
每个相差检测模块用于将与该相差检测模块连接的光电转化单元转化出的电信号与参考信号进行比较获得相位差；
每个相位补偿模块用于依据所述相位差进行与该相位补偿模块连接的光电转化单元转化出的电信号的补偿；以及
叠加输出模块用于将包括N个补偿后的电信号在内的电信号进行叠加后输出。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，其中参考信号包括以下任一种：
在预设范围内具有固定相位取值的信号；
所述多个光电转化单元转化出的电信号中的一个或至少两个叠加后输出的总的电信号；
所述多个光电转化单元转化出的电信号中至少两个经相位补偿后用于叠加输出的总的电信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，其中参考信号实时地或者按预设时序分别与至少两个光电转化单元转化出的电信号进行相位比较。
11.根据权利要求8-10中任一所述的系统，其特征在于，还包括N个波形转化单元，所述每个波形转化单元设于一个所述光电转化单元和相应的所述相差检测模块之间，用于将对应的所述光电转化单元输出的电信号进行波形转化后进行相差检测。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括N个滤波单元，所述每个滤波单元设于一个所述波形转化单元和相应的所述相差检测模块之间，用于将对应的所述波形转化单元输出的电信号转化为直流信号后再输出至对应的相差检测模块和对应的相位补偿模块。
13.根据权利要求8-10中任一所述的系统，其特征在于，还包括N个第一模数转化模块，所述每个第一模数转化模块设于一个所述光电转化单元和相应的所述相差检测模块之间，用于将对应的光电转化单元输出的电信号转化为数字信号后进行相差检测。
14.根据权利要求8-13中任一所述的系统，其特征在于，其中相差检测模块包括依次连接的鉴相单元、相差电压转化单元和第二模数转化单元。
15.根据权利要求8-13中任一所述的系统，其特征在于，其中相位补偿模块包括多个串联的补偿单元，每个补偿单元并联有对应的开关，每个开关依据相差检测模块输出的信号进行闭合或断开。
16.根据权利要求8-15中任一所述的系统，其特征在于，所述光电转化单元包括至少一个像元。
17.一种相干光接收装置，其特征在于，包括至少一个根据权利要求8-15中任一所述的退相干处理系统。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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