一种基于异步探测的声光实时信号分析仪的制作方法

文档序号:8486738阅读:332来源:国知局
一种基于异步探测的声光实时信号分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号时频分析技术,具体涉及一种基于异步探测的声光实时信号分析仪,属于光电技术领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]随着科技进步,人们需要探知的信号从稳定、有规律、可以预知向着无法预知、瞬变和越来越复杂的方向发展。在现代信号处理方法中,时间和频率是描述信号的最重要的两个物理量,并且信号的时域和频域之间具有紧密的联系。将一维的时间信号映射到一个二维的时频平面,在时频域全面详细地描述、观察信号的时频分析法近来受到越来越广泛的运用。传统的扫频式(超外差式)频谱分析仪以一定步长扫描整个频段,由于扫描整个频段需要一段时间,通常会漏掉在当前扫描频段之外发生的重要瞬态事件。对于瞬态信号来说,必须具备实时捕获能力,即能在所关心的频段内一次性地捕获所有信号。目前在数字技术领域是利用短时傅立叶变换、Winger-Ville分布以及小波变换等算法理论进行瞬态信号的分析,但其都有一个共同的缺点:缺乏自适应性,对于不规则的信号很容易导致假频现象。另外,由于数字采样速率和数据处理容量的限制,纯数字式的瞬态信号分析仪在检测信号时无法兼顾大带宽和高动态性能。
[0004]声光频谱分析仪,是利用声光互作用原理对信号频谱成分进行分析识别的。传统技术在其光电转换环节采用基于同步扫描读出的帧模式光电检测器,信号输出时在像素上至少有一个帧周期的积分时间,所以测得信号的时间精度很差。例如,2006年6月出版的《压电与声光》(第28卷第3期P269?271)公开的“基于Bragg衍射的声光频谱分析仪”提出了利用Bragg声光器件对电磁频谱进行快速检测的技术方案。但是,这种声光频谱分析仪在光电转换环节采用的是读取速度很慢的电荷耦合器件(CCD),其逐个像素地输出经过一段时间积累后的信号,只能检测到这段时间存在什么频率而不能指明这些频率存在的具体时刻,即不能表达瞬时频率,存在时间分辨上的模糊。
[0005]目前日益复杂的电磁信号环境迫切需要具有瞬时大带宽、高动态,可以实现真正意义上的时间-频率分析的信号处理系统,同时这也就意味着采用数字分析技术会产生巨大的输出数据量,产生较高的传输功耗,增加对信道数量、存储器以及运算处理系统的要求,而这些要求对目前的器件水平来说基本是不可行的。所以需要寻求新的技术途径来解决目前对复杂信号进行实时分析处理的难题。
[0006]

【发明内容】

[0007]针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种兼具大带宽、高灵敏度和大动态性能、能有效实现瞬态信号监测、且能实时处理并行信号的基于异步探测的声光实时信号分析仪。
[0008]为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于异步探测的声光实时信号分析仪,包括激光器、光束整形装置、声光偏转器、功率适配器、傅氏透镜、AER异步线阵图像传感器和数据处理模块;其中激光器、光束整形装置、声光偏转器和傅氏透镜顺次设置在同一光轴上建立光路系统,所述AER异步线阵图像传感器设置在傅氏透镜的聚焦平面上,AER异步线阵图像传感器的输出接数据处理模块;光束整形装置用于将激光器产生的光束整形为扁平光束以与声光偏转器的有效通光孔径相匹配并入射到声光偏转器的光窗上,所述功率适配器用于将被测电信号s (t)幅度变化范围调整到与声光偏转器的最佳驱动功率范围相匹配并输出给声光偏转器;声光偏转器输出的各条衍射光束通过傅氏透镜完成空间傅立叶变换,并入射到AER异步线阵图像传感器的像素上进行光信号采集和转换;数据处理模块对AER异步线阵图像传感器输出的各像素的空间位置及该像素所感应光电流的大小进行运算处理,转换成被测信号相应的时频域参数并进行存储显示。
[0009]所述AER异步线阵图像传感器的像素结构包括依次连接的光电流对数转换单元、变化差值放大单元和逻辑判断单元;其中逻辑判断单元包括两个电压比较器,通过对前级信号同时进行两次比较判断光强是否变化以及发生变化的属性,两个比较器的阈值电压设定为一正一负,以区别光强变化是增大还是减弱。
[0010]本发明利用高频宽带声光偏转器实现大带宽高动态信号监测识别,再利用AER异步线阵图像传感器对频点信道进行异步探测瞬时响应输出,真正实现复杂信号的实时频谱分析。AER异步线阵图像传感器是一种拥有异步事件响应的传感器,其实时判断所监控区域光强的变化,并将发生变化像素的“事件”和“地址”立即输出,无变化的像素则无任何输出。
[0011]相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、兼具大带宽、高灵敏度和大动态性能。
[0012]2、时间精度高,有效实现瞬态信号监测。
[0013]3、从根本上解决了数据冗余问题。
[0014]4、能实时处理并行信号,对不同种类信号适应能力强。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1-本发明基于异步探测的声光实时信号分析仪结构示意图。
[0017]图2-本发明声光偏转器输出衍射光信号时域变化规律示意图。
[0018]图3-本发明AER异步线阵图像传感器的像素结构示意图。
[0019]图4-本发明用脉冲来表示像素光强变化信息的信号转换示意图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]参见图1,从图上可以看出,本发明包括激光器1、光束整形装置2、声光偏转器3、功率适配器4、傅氏透镜5、AER异步线阵图像传感器6和数据处理模块7。上述中,光学部件激光器1、光束整形装置2、声光偏转器3、傅氏透镜5、AER异步线阵图像传感器6顺次设置在同一光轴上建立光路系统。将被测电信号S(t)先输入功率适配器4,以调整其幅度变化范围与声光偏转器3的最佳驱动功率范围相匹配。激光器I产生的光束经光束整形装置2后变成扁平光束(匹配声光偏转器3的有效通光孔径)入射到声光偏转器3的光窗上,从通光孔穿越声光偏转器3。此时,根据声光偏转器的工作原理,该光束将随声光偏转器3驱动信号中所含频率成分产生对应偏转角度的衍射光束。各条衍射光束通过傅氏透镜5(傅立叶透镜)完成空间傅立叶变换,并入射到AER异步线阵图像传感器6的像素上进行光信号采集和转换。AER异步线阵图像传感器6设置在傅氏透镜5的聚焦平面上,根据声光频谱分析仪的工作原理,通过检测AER异步线阵图像传感器6上各光点的空间位置(像素“地址”)便可以获得此时被测信号的频率成分,检测该像素所感应光电流的大小(像素“事件”)便可以获知信号中各频率成分的强弱,从而实现信号的实时频谱分析。数据处理模块7对AER异步线阵图像传感器6输出的“事件”和“地址”码进行运算处理,转换成被测信号相应的时频域参数并进行存储显示等。
[0022]本发明在光电转换环节的信号读取方式上创新性地采用了基于AER(Address-event Representat1n,地址-事件表达)技术的异步事件响应传输模式。其特点在于设计光检器件根据光照信息的变化自主进行异步响应实时输出,以对被测信号实现高速处理,由此也可避免因采用同步帧扫描读取方式输出大量无用数据所造成的信息冗余。特别是针对稀疏瞬变信号的检测,异步事件响应传输模式具有非常显著的优势。系统的光检器件采用AER异步线阵图像传感器,其将每个像素产生的“事件”与一个高速传输总线连接,当该像素被选中后通过总线对数据处理模块产生一个请求信号,数据处理模块接收到请求后,通过总线将像素的“事件”和“地址”码读出,随后处理电路产生一个确认脉冲信号返回到像素阵列表示完成一次数据传输。当声光偏转器响应到被测信号并将频谱信息转换成AER异步线阵图像传感器上的光点位置和强度信息时,光点照射到的像素,被立即判定为有“事件”发生并输出该像素所感应的光强和地址数据,无光点照射的像素则被判定为无“事件”发生,不输出任何数据。若信号中含有多个频率成分,多个像素会同时被光点照射到并判定为有“事件”发生,此时采取由仲裁电路进行判决依次排序输出的方式,并可在后续数据处理模块中进行时间延迟修正,保证信号还原的时间精度。
[0023]不可避
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