[發明專利]一種基于余數匹配的光學欠采樣頻率恢復方法

有效

• 申請號: 202110294565.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113138313B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 謝樹果;楊燕;王天恒;田雨墨;王鐵凝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12;G01R23/02
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明公開了一種基于余數匹配的光學欠采樣頻率恢復方法，通過研究待測頻率余數的特點，總結了重頻、待測頻率最大值、接收機測量誤差和系統錯誤率之間的關系，并設計了頻率計算程序。本發明的算法對欠采樣重頻差的大小具有普適性，不僅可以應用于實驗室精確控制的小重頻差的情況，還可以應用于定頻光源重頻差較大的情況，對于實現野外電場快速測量具有重要意義。

技術領域

本發明屬于寬帶快速電場探測技術領域，尤其涉及一種基于余數匹配的雙脈沖光源光學欠采樣電場測量系統頻率恢復方法。

背景技術

隨著現代電子技術的發展，電磁信號頻譜成分復雜、頻段分布廣泛、各種信號能量差異巨大，需要電場測量系統能夠快速獲取所有可能存在威脅的信號頻譜。這就要求測量系統具備高實時帶寬、高動態范圍、高抗損閾值等特點。傳統的電場測試系統一般采用天線或金屬探頭后接接收機的形式構成，這種探測形式具有很高的靈敏度和通用性以及相對低廉的成本，目前仍然是主要的測量手段。但是，基于其天線的特性，會存在體積大、天線系數頻率穩定性差、對電場擾動大、測試準確性和可重復性低等問題。光學電場傳感器利用激光作為載波，將待測電場信號調制在激光上并通過光纖傳輸到后端進行檢測，其探頭(用來實現電場調制，代替了天線)采用介質傳感材料，使用光纖傳輸，結構穩定，無擾動，工作頻帶寬，天線系數頻率穩定性高，測試結果準確，一致性好，更適合于電場計量場合。但是，光學電場傳感器經過光電轉換之后的信號仍然需要利用頻譜儀、示波器、數據采集卡等接收設備進行測量，同樣會遇到實時帶寬窄、測量速度慢等問題，無法滿足復雜電磁環境中對危險信號及時預警的需求。

光頻梳技術的發展提供了新的解決思路。光頻梳是一種由相位穩定的單模鎖模光纖產生的激光脈沖序列。在時域上表現為一列周期固定、脈寬窄至皮秒級的脈沖序列，在光頻域上表現為間隔均勻的梳狀譜，在微波頻域上表現為一列平坦度達到太赫茲頻段的頻域脈沖。采用光頻梳代替連續激光作為測量系統的光源，可以將待測高頻電場信號下變頻到第一重復頻率區間進行檢測。因此，高頻信號可以利用低頻設備或低采樣率數字采集卡進行測量。這種測量方法可以大大縮短測量時間，提升測量效率，降低測量成本。

單個脈沖光源下變頻之后會丟失原始頻率信息，因此，系統采用兩個重頻進行測試。假設系統兩個重頻分別為f₁和f₂，待測頻率為f_r，則滿足

f_r＝n₁f₁±Δf₁＝n₂f₂±Δf₂

其中當重頻差較小時(小于重頻的0.01％)，上式中的折疊系數n₁，n₂是相等的，第一半重頻區間內的下變頻分量Δf₁，Δf₂之前的符號也是相等的，待測頻率f_r能夠輕易求出。但是，如此小的重頻差一般都是在實驗室精密控制之下產生的，而在外場測量中，如野外環境或戰場環境，并不具備如此理想的控制條件，導致無法恢復頻率。因此，研究大重頻差條件下雙脈沖光學下變頻系統頻率恢復方法具有重要的意義。

發明內容

為了解決大重頻差情況下頻率難以恢復的問題，本發明通過對待測信號下變頻余數進行研究，提出了基于余數匹配的頻率恢復算法，能夠以較高的準確率恢復待測信號頻率，另外，本發明的方法具有普適性，不僅能夠應用于小重頻差，還可應用于大重頻差。本發明的具體技術方案如下：

一種基于余數匹配的光學欠采樣頻率恢復方法，包括以下步驟：