[发明专利]一种单光子采样的信号测频实现系统及方法

说明书

本发明公开了一种单光子采样的信号测频实现系统及方法。该方案包括射频预处理单元、单光子采样单元和信号处理单元，输入射频信号经过射频预处理单元处理变换两路射频信号分别为同相信号、正交信号，同相信号和正交信号均输入到单光子采样单元，单光子采样单元经处理后将两路射频信号变换为与同相信号对应的第一数字信号以及与正交信号对应的第二数字信号，第一数字信号和第二数字信号同时输入信号处理单元，信号处理单元通过快速处理算法得到输入射频信号的频率参数。本发明提供了一种全新的单光子采样信号测频实现方法，具有灵敏度高、可实现性好、生物安全性好等优点，对生物医学传感等领域中宽带、实时信号频率测量具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及宽带射频信号检测领域，特别是一种单光子采样的信号测频实现系统及方法，可用于生物医学传感等设备中的射频信号瞬时频率测量。

背景技术

生物医学工程采用射频光子传感技术对人体的压力、温度、心率、呼吸率等生理参数进行监测。在射频光子传感系统中，射频信号的频率与待测参数成一定的线性映射关系。信号频率的快速测量对人体参数的分辨和识别具有重要的意义。随着临床医学对人体生理参数高精度及安全监测的需要，传感设备中可利用射频信号的功率越来越小，因此传感设备对信号的接收灵敏度要求越来越高。目前，常见的频率测量设备主要包括瞬时测频接收机、数字化接收机。瞬时测频接收机为模拟信号处理体制，具有瞬时带宽大、响应时间快、实现架构简单等优点，但是存在灵敏度低、信号参数测量准确性低、适应能力差等问题。数字化接收机采用模拟数字转换器将输入射频信号转换为数字信号，然后通过数字处理器通过复杂的数学运算计算出信号参数。数字化接收机具有处理方式灵活、适应能力较强等优点，但是受到微波前端放大噪声、模拟数字变换器及信号处理器性能的限制，不仅提高信号测频灵敏度非常困难，而且快速实时测量也要受到复杂的处理算法限制。

本发明提供了一种单光子采样的信号测频实现方法，通过单光子探测技术实现对输入微弱射频信号高速采样，并结合高效的信号处理算法对采样的数字信号进行实时处理，快速准确得到信号频率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决目前生物医学传感设备中信号测频技术存在灵敏度低、精度低、实时处理能力差、系统架构复杂等问题，提供了一种单光子采样的信号测频实现系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种单光子采样的信号测频实现系统，包括射频预处理单元、单光子采样单元和信号处理单元，所述射频预处理单元的输入端为射频信号，所述射频预处理单元具有同相信号输出端和正交信号输出端，所述同相信号输出端和正交信号输出端均连接单光子采样单元，所述单光子采样单元具有第一数字信号输出端和第二数字信号输出端，所述第一数字信号输出端和第二数字信号输出端均连接信号处理单元，所述信号处理单元输出测量结果。

进一步的，所述射频预处理单元包括射频功分器、射频移相器，射频信号输入射频功分器获得两路信号，其中一路信号为同相信号，另一路信号输入射频移相器变换成正交信号。

进一步的，所述同相信号和正交信号相位上相差90°。

进一步的，所述单光子采样单元包括激光器、可调光衰减器、光功分器、第一光调制器、第二光调制器、第一单光子探测器、第二单光子探测器和时钟发生器，所述激光器连接可调光衰减器，所述可调光衰减器连接光功分器，所述光功分器输出端的两路激光分别输入第一光调制器和第二光调制器，所述同相信号和正交信号分别输入第一光调制器和第二光调制器，所述第一光调制器和第二光调制器分别连接第一单光子探测器和第二单光子探测器，所述第一单光子探测器和第二单光子探测器均连接所述时钟发生器，所述第一单光子探测器和第二单光子探测器分别输出与同相信号对应的第一数字信号以及与正交信号对应的第二数字信号。