[发明专利]一种基于余数匹配的光学欠采样频率恢复方法

说明书

本发明公开了一种基于余数匹配的光学欠采样频率恢复方法，通过研究待测频率余数的特点，总结了重频、待测频率最大值、接收机测量误差和系统错误率之间的关系，并设计了频率计算程序。本发明的算法对欠采样重频差的大小具有普适性，不仅可以应用于实验室精确控制的小重频差的情况，还可以应用于定频光源重频差较大的情况，对于实现野外电场快速测量具有重要意义。

技术领域

本发明属于宽带快速电场探测技术领域，尤其涉及一种基于余数匹配的双脉冲光源光学欠采样电场测量系统频率恢复方法。

背景技术

随着现代电子技术的发展，电磁信号频谱成分复杂、频段分布广泛、各种信号能量差异巨大，需要电场测量系统能够快速获取所有可能存在威胁的信号频谱。这就要求测量系统具备高实时带宽、高动态范围、高抗损阈值等特点。传统的电场测试系统一般采用天线或金属探头后接接收机的形式构成，这种探测形式具有很高的灵敏度和通用性以及相对低廉的成本，目前仍然是主要的测量手段。但是，基于其天线的特性，会存在体积大、天线系数频率稳定性差、对电场扰动大、测试准确性和可重复性低等问题。光学电场传感器利用激光作为载波，将待测电场信号调制在激光上并通过光纤传输到后端进行检测，其探头(用来实现电场调制，代替了天线)采用介质传感材料，使用光纤传输，结构稳定，无扰动，工作频带宽，天线系数频率稳定性高，测试结果准确，一致性好，更适合于电场计量场合。但是，光学电场传感器经过光电转换之后的信号仍然需要利用频谱仪、示波器、数据采集卡等接收设备进行测量，同样会遇到实时带宽窄、测量速度慢等问题，无法满足复杂电磁环境中对危险信号及时预警的需求。

光频梳技术的发展提供了新的解决思路。光频梳是一种由相位稳定的单模锁模光纤产生的激光脉冲序列。在时域上表现为一列周期固定、脉宽窄至皮秒级的脉冲序列，在光频域上表现为间隔均匀的梳状谱，在微波频域上表现为一列平坦度达到太赫兹频段的频域脉冲。采用光频梳代替连续激光作为测量系统的光源，可以将待测高频电场信号下变频到第一重复频率区间进行检测。因此，高频信号可以利用低频设备或低采样率数字采集卡进行测量。这种测量方法可以大大缩短测量时间，提升测量效率，降低测量成本。

单个脉冲光源下变频之后会丢失原始频率信息，因此，系统采用两个重频进行测试。假设系统两个重频分别为f₁和f₂，待测频率为f_r，则满足

f_r＝n₁f₁±Δf₁＝n₂f₂±Δf₂

其中当重频差较小时(小于重频的0.01％)，上式中的折叠系数n₁，n₂是相等的，第一半重频区间内的下变频分量Δf₁，Δf₂之前的符号也是相等的，待测频率f_r能够轻易求出。但是，如此小的重频差一般都是在实验室精密控制之下产生的，而在外场测量中，如野外环境或战场环境，并不具备如此理想的控制条件，导致无法恢复频率。因此，研究大重频差条件下双脉冲光学下变频系统频率恢复方法具有重要的意义。

发明内容

为了解决大重频差情况下频率难以恢复的问题，本发明通过对待测信号下变频余数进行研究，提出了基于余数匹配的频率恢复算法，能够以较高的准确率恢复待测信号频率，另外，本发明的方法具有普适性，不仅能够应用于小重频差，还可应用于大重频差。本发明的具体技术方案如下：

一种基于余数匹配的光学欠采样频率恢复方法，包括以下步骤：