用于测量信号的互相关的宽带设备的制作方法

本公开涉及光信号和射频信号的模拟处理领域，并且更具体地说涉及使用频移光学腔对宽带光信号和射频信号进行模拟处理。

背景技术：

1、在许多应用中，信号的互相关的知识是必不可少的。

2、例如，在光学领域，信号的互相关用于天文学(干涉测量)和oct(光学相干断层扫描)。在后一种情况下，宽带光信号被发送到样本中。干涉仪组件(迈克尔逊干涉仪)结合了检测器上的入射场和反向散射场，使得可以测量延迟，延迟与发送波和反射波之间的最大相干性相对应，以便推导出反射器的位置。然而，这种类型的组件需要扫描延迟线，并且因此需要很长的获取时间。

3、在射频(rf)信号领域，信号相关用于许多应用。

4、例如，在射电天文学中，各种天线接收到的rf信号的相关使得对源成像成为可能。射电天文学中的相关问题特别复杂，因为要互相关的信号数量超过几十个。这个问题在外差式光学干涉测量中也会遇到，其中望远镜收集的光学信号与光学本地振荡器(cw激光器)混合，以产生rf信号。然后将光场的相关转换为rf信号的相关。可以以两种方式执行相关。模拟方法包括将两个信号相乘(在rf混频器中)，以计算延迟τ的特定值的c(τ)＝<s1(t)s2(t+τ)>值，并在改变此延迟的同时重复测量。这种技术很慢，需要可变射频延迟线，受限于rf倍增器(“混频器”)的带宽(实际上为20ghz)并且仅适用于静止或足够长的信号。

5、另一种计算rf信号相关的方法是记录它们，并且然后执行数字相关。然而，这种技术需要大量的数字手段，尤其是当要分析的信号的频谱宽度超过ghz时。事实上，在这样的频率下获取信号需要非常繁琐、昂贵且耗能的获取技术(数模转换器)和处理技术。可以将信号分散到更小的频谱带中，并逐个频带执行相关操作，但代价是额外的复杂性。因此，alma相关器同时使用1.34亿个处理器。此外，卷积运算必须实时进行，从而调动大量资源。

6、信号相关的另一个应用是发射机(或无源雷达)的定位。通过测量由同一源发送的两个信号之间的延迟(即通过计算它们的相关积)，可以通过三角测量得出发射机的位置。在没有模拟电子相关器的情况下，相关以数字方式进行，具有上述缺点(对信号获取及其处理的限制)。

7、rf信号的模拟相关的另一个应用是通过匹配的滤波压缩雷达脉冲。例如，在雷达中，这个概念可以实现向远处的目标发送长(因此高能量)信号，并通过将其与发送的信号进行相关来测量返回信号。这种相关作为延迟的函数的结果产生的峰值可能比发送的信号短得多(“压缩”)，并且因此从背景噪声中脱颖而出。这种脉冲压缩技术可以数字方式执行，但是在这种情况下，也需要将信号数字化，这在其频谱宽度超过几ghz时是有问题的。

8、作为替代，可以使用函数g和f的互相关的傅立叶变换的特性来执行压缩，如下所示：压缩因此使用匹配滤波来执行，即频谱滤波器，该频谱滤波器的傅立叶变换是要相关的信号之一的逆时间反演。当参考信号已知且不变时，此技术是可能的，实时可调谐光谱滤波器的实现在当前技术下是不可想象的。

9、本公开旨在通过使用两个频移光学腔来对两个rf信号或光信号进行互相关而不需要扫描并且具有高带宽来克服现有技术中的一些上述问题。

技术实现思路

1、为此，本公开的一个主题是一种用于测量第一信号和第二信号的互相关的宽带设备，包括：

2、-第一源，其被设计为生成所述第一信号s1(t)；

3、-第二源，其被设计为生成所述第二信号s2(t)；

4、-第一频移光学腔，其包括第一频移器，所述第一频移器被设计为：在所述第一腔中每次往返将所述第一信号的所述光频率移动第一频率f1，所述第一腔具有第一往返时间τ1；

5、-第二频移光学腔，其包括第二频移器，所述第二频移器被设计为：在所述第二腔中每次往返将所述第二信号的所述光频率移动第二频率f2，所述第二腔具有第二往返时间τ2；

6、-所述第一光学腔和第二光学腔被设计为使得所述第一信号和第二信号在所述第一腔和第二腔中的往返的最大次数等于预定n

7、-检测器，其被设计为：对由所述第一腔发送的所述第一信号和由所述第二腔发送的所述第二信号进行相干地检测，并生成与由所述检测器检测到的光强度成比例的光电流，

8、-低通滤波器，其被设计为滤除频率低于的光电流，

9、-处理器，其被配置为：计算所述光电流的傅立叶变换的平方模，以便生成输出信号，该输出信号表示所述第一信号和所述第二信号之间的实时互相关，其中，τ＝n(τ1-τ2),n∈[1,n]。

10、根据本公开的一些特定实施例：

11、-所述设备包括单色激光器，所述第一源和所述第二源分别包括：第一rf源和第二rf源，其被设计为生成第一rf信号s1(t)和第二rf信号s2(t)；以及第一调制器和第二调制器，其被设计为：使用所述第一rf信号和所述第二rf信号s1(t)对由连续波激光器生成的激光辐射进行幅度调制，以便形成所述第一信号和所述第二信号；

12、-所述第一源被配置为：生成多个i∈[1,p]第一子信号s1,i(t)，所述多个第一子信号在空间上和时间上叠加以形成所述第一信号，每个i第一子信号具有不同于其他子信号的第一中心频率f1,i，并且其中，所述第二源被配置为：生成多个j∈[1,q]第二子信号s2,j(t)，所述多个第二子信号在空间上和时间上叠加以形成所述第二信号，每个j第二子信号具有不同于其他子信号的第二中心频率f2,i，然后所述输出信号是每个第一子信号与每个第二子信号的互相关，其中τ＝n(τ1-τ2),n∈[1,n]；

13、-所述第一腔和所述第二腔被设计为验证条件f1×τ1＝f2×τ2，对1取模，然后所述处理器被配置为：计算所述光电流的傅立叶变换，以便生成输出信号，所述输出信号是所述第一信号和所述第二信号之间的实时互相关的实部，其中，τ＝n(τ1-τ2),n∈[1,n]；

14、-所述第一腔和所述第二腔被设计为使得f1×τ1≠f2×τ2对1取模，然后所述处理器还被配置为：计算所述光电流的傅立叶变换的平方模，然后所述输出信号(ss)与所述第一信号和所述第二信号之间的实时互相关的平方模相对应，其中，τ＝n(τ1-τ2),n∈[1,n]；

15、-所述第一腔和所述第二腔分别包括第一放大器和第二放大器，其被设计为补偿分别由所述第一腔和所述第二腔引起的损耗；

16、-所述第一频移器是由第一本地振荡器激发的第一声光调制器，第一本地振荡器被设计为改变所述第一频移，并且其中，所述第二频移器是由第二本地振荡器激发的第二声光调制器，第二本地振荡器被设计为改变所述第二频移；

17、-所述第一腔包括第一可控延迟线，该第一可控延迟线被设计为改变所述第一往返时间τ1，并且其中，所述第二腔包括第二可控延迟线，该第二可控延迟线被设计为改变所述第二往返时间τ2；

18、-所述第一腔和所述第二腔是光纤环腔，分别包括第一掺杂光纤放大器和第二掺杂光纤放大器，并且第一光带通滤波器和第二光带通滤波器被配置为设置所述第一腔和所述第二腔中的往返的最大次数n；

19、-所述设备包括用于稳定所述第一腔和所述第二腔的稳定单元，所述稳定单元被设计为：随时间推移保持由所述第一腔发送的所述第一信号与由所述第二腔发送的所述第二信号的相干性；

20、-所述设备包括单环腔，所述设备还包括：

21、·第一耦合器，其被设计为在第一方向上将所述第一信号注入所述单腔，

22、·第二耦合器，其被设计为在第二方向上将所述第二信号注入所述单腔，

23、·所述第一腔与在所述第一注入方向上被注入所述第一信号的所述单腔相对应，

24、·所述第二腔与在所述第二注入方向上被注入所述第二信号的所述单腔相对应，

25、所述单环腔包括：

26、·第一循环器，其被设计为将所述第一信号引导至第一可控延迟线，所述第一可控延迟线被设计为改变所述第一往返时间τ1并包括所述第一频移器

27、·第二循环器，其被设计为将所述第二信号引导至第二可控延迟线，所述第二可控延迟线被设计为改变所述第二往返时间τ1并包括所述第二频移器

28、·掺杂光纤放大器

29、·光带通滤波器，其被配置为设置所述往返的最大次数n

30、-所述第一腔和所述第二腔被配置为使得

31、-所述第一腔和所述第二腔被配置为使得n大于200。

32、本公开的另一主题是一种使用具有第一往返时间τ1的第一频移光学腔和包括具有第二往返时间τ2的第二频移器的第二频移光学腔来测量第一信号和第二信号的互相关的方法，在所述第一腔和所述第二腔中所述第一信号和所述第二信号的往返的最大次数等于预定n，所述方法包括以下步骤：k.生成所述第一信号s1(t)和所述第二信号s2(t)；

33、l.将所述第一信号注入到所述第一频移光学腔中并且在所述第一腔中每次往返将所述第一信号的所述光频率移动第一频率f1，将所述第二信号注入到所述第二频移光学腔中并且在所述第二腔中每次往返将所述第二信号的所述光频率移动第二频率f2；

34、m.对由所述第一腔发送的所述第一信号和由所述第二腔发送的所述第二信号进行相干地检测，以及生成与检测到的光强度成比例的光电流，所述第一信号和所述第二信号在被发送之前分别在所述第一腔和所述第二腔中的往返的最大次数等于预定n，以及

35、n.对频率低于的光电流进行滤波

36、o.计算经滤波的光电流的傅立叶变换的平方模，以便生成输出信号，该输出信号表示所述第一信号和所述第二信号之间的实时互相关，其中，τ＝n(τ1-τ2),n∈[1,n]。