本發(fā)明涉及一種實時微波脈沖啁啾檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)：

在時域上已通過太赫茲光譜測量系統(tǒng)獲得了亞周期太赫茲脈沖波形，并且用Wigner-Wille分布方法對實驗中所記錄下來的波形進(jìn)行了時頻分析。在對所得到的頻域中進(jìn)行中心頻率信息的提取時，采用的方法是將每個采樣時間下的頻譜峰值所對應(yīng)的頻率，作為這一時刻的中心頻率。這個中心頻率，是這個時刻瞬時頻率的近似。然后把每個時刻的中心頻率都標(biāo)記出來，得到一條時頻軌跡，從這條曲線的形狀，來直觀地判斷脈沖是否存在啁啾。對于不啁啾的脈沖，這條曲線是與時間軸平行的直線。通過這樣的方法，證實了亞周期脈沖中內(nèi)稟啁啾的存在。

盡管文獻(xiàn)中已經(jīng)在太赫茲波段上驗證了亞周期脈沖中自啁啾的存在。但是，在光頻或者其他頻段的驗證，以及少周期、多周期脈沖中啁啾特性的檢測與分析，依然是非常重要的。

目前還沒有這樣一套能夠?qū)γ}沖實現(xiàn)實時信號探測與啁啾特性檢測的系統(tǒng)或裝置，因此本發(fā)明將主要針對微波波段的時域脈沖進(jìn)行信號處理和啁啾特性的檢測與分析，這將對微波波段脈沖的傳輸以及亞周期范圍內(nèi)強場與原子相互作用的研究起到重要作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種實時微波脈沖啁啾檢測裝置及其檢測方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

一種實時微波脈沖啁啾檢測裝置，包括信號采集器、中央控制器和顯示器，且信號采集器和顯示器均與中央控制器相連；

所述信號采集器具有用于與脈沖信號發(fā)生裝置相連的接口；

所述中央控制器包括用于接收信號采集器輸送的信息的接收模塊、用于對接收模塊輸出的信息進(jìn)行去噪濾波處理的預(yù)處理模塊、用于對預(yù)處理模塊輸出的信息進(jìn)行離散化處理并求取中心頻率值的處理模塊、基于處理模塊輸出的信息繪制啁啾特性曲線的繪圖模塊、保存繪圖模塊輸出的信息的保存模塊和基于繪圖模塊輸出的結(jié)果進(jìn)行啁啾特性判定的判定模塊；

所述接收模塊、預(yù)處理模塊、處理模塊、繪圖模塊、保存模塊和判定模塊依次相連；

且接收模塊與信號采集器相連，繪圖模塊、判定模塊均與顯示器相連。

采用本發(fā)明所述的一種實時微波脈沖啁啾檢測裝置實施的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟100，信號探測：信號采集器實時采集脈沖信號發(fā)生裝置輸出的微波脈沖信號，以得到實時的微波脈沖時域信號，且采樣點的總個數(shù)為N，采樣總時長為T，相鄰兩個采樣點間隔的采樣時間為Δt，微波脈沖信號的采樣頻率為fs，則T＝N·Δt；

信號采集器將采集到的微波脈沖時域信號輸送給中央控制器，中央控制器的接收模塊接收所述的微波脈沖時域信號；

步驟200，啁啾特性檢測：

步驟201，預(yù)處理模塊去噪濾波處理：首先，通過滑動平均濾波法將微波脈沖時域信號的毛刺剔除，得到平滑的微波脈沖時域波形A₁；然后，將微波脈沖時域波形A₁進(jìn)行傅里葉變換，得到對應(yīng)的微波脈沖頻譜B₁；接著將微波脈沖頻譜B₁中對應(yīng)于A₁的振鈴的毛刺B₂濾除，獲得新的微波脈沖頻譜B₃；最后，將微波脈沖頻譜B₃進(jìn)行傅里葉逆變換，得到干凈的微波脈沖時域波形A₂；

步驟202，處理模塊對微波脈沖時域波形A₂進(jìn)行離散化處理：在微波脈沖時域波形A₂的基礎(chǔ)上，將采樣總時長T進(jìn)行離散化分割，均分為k個時段；且任意第j時段具有n個采樣點，j∈{1,2,...,k}，且對任意第j時段的微波脈沖時域波形a_j進(jìn)行傅里葉變換，獲得微波脈沖時域波形a_j的微波脈沖頻譜b_j，并根據(jù)微波脈沖頻譜b_j求得對應(yīng)的功率譜P_j，且P_j＝|b_j|²；基于功率譜P_j，采用一階矩的方法求取第j時段的中心頻率值ω_j，即：

其中，f_j(i)是第j時段的功率譜P_j中，第i個采樣點所對應(yīng)的頻率值；

Δf_j為功率譜P_j中頻率軸上的頻率間隔，且

當(dāng)時，

當(dāng)時，

P_j(i)為功率譜P_j中第i個采樣點的頻率f_j(i)所對應(yīng)的功率值，且P_j(i)＝|b_j(i)|²；

步驟203，繪圖模塊繪制啁啾特性曲線：獲取k個時段的所有中心頻率值之后，即可得到以時間為橫軸以中心頻率值為縱軸的啁啾特性曲線；

步驟204，保存：中央控制器的保存模塊存儲啁啾特性曲線；

步驟205，判定模塊進(jìn)行啁啾特性判斷：判定模塊監(jiān)測啁啾特性曲線，當(dāng)啁啾特性曲線為與時間軸平行的直線時，則判定脈沖信號發(fā)生裝置輸出的微波脈沖不具有啁啾特性；當(dāng)啁啾特性曲線為不與時間軸平行的直線或曲線時，則判定脈沖信號發(fā)生裝置輸出的微波脈沖信號具有啁啾特性；

步驟206，顯示：顯示器同時顯示啁啾特性曲線和判定模塊的判定結(jié)果，判定模塊的判定結(jié)果為“不具有啁啾特性”或“具有啁啾特性”。

進(jìn)一步，步驟201中毛刺B₂的濾除方法為：在毛刺所對應(yīng)的頻率點前、后分別連續(xù)地取q個頻率點，包括毛刺所對應(yīng)的頻率點在內(nèi)，令頻譜B₁中2q+1個頻率點所對應(yīng)的縱坐標(biāo)值(幅值)為零，即可濾除毛刺B₂。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1.可對脈沖發(fā)生裝置所產(chǎn)生的微波波段脈沖信號進(jìn)行實時探測，將同步實現(xiàn)對啁啾特性曲線進(jìn)行存儲及顯示，直觀且方便，并給出對脈沖信號是否存在啁啾特性的判斷。

2.對脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖信號的脈寬沒有限制，可實現(xiàn)對信號如亞周期、少周期、多周期脈沖啁啾特性精準(zhǔn)的檢測。這將對微波波段脈沖的傳輸以及對亞周期范圍內(nèi)強場與原子相互作用的研究起到重要的作用，特別是閾上電離、超短脈沖下的電離效應(yīng)，如亞周期脈沖的高次諧波的產(chǎn)生、成絲效應(yīng)和電荷的相對論加速、頻域合成光波等過程的基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是實時微波脈沖啁啾檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，箭頭表示微波脈沖信號的傳遞方向。

具體實施方式

參照附圖，一種實時微波脈沖啁啾檢測裝置，包括信號采集器1、中央控制器2和顯示器3，且信號采集器1和顯示器3均與中央控制器2相連；

所述信號采集器1具有用于與脈沖信號發(fā)生裝置相連的接口；

所述中央控制器2包括用于接收信號采集器1輸送的信息的接收模塊、用于對接收模塊輸出的信息進(jìn)行去噪濾波處理的預(yù)處理模塊、用于對預(yù)處理模塊輸出的信息進(jìn)行離散化處理并求取中心頻率值的處理模塊、基于處理模塊輸出的信息繪制啁啾特性曲線的繪圖模塊、保存繪圖模塊輸出的信息的保存模塊和基于繪圖模塊輸出的結(jié)果進(jìn)行啁啾特性判定的判定模塊；

所述接收模塊、預(yù)處理模塊、處理模塊、繪圖模塊、保存模塊和判定模塊依次相連；

且接收模塊與信號采集器1相連，繪圖模塊、判定模塊均與顯示器3相連。

采用本發(fā)明所述的一種實時微波脈沖啁啾檢測裝置實施的檢測方法，包括以下步驟：

步驟100，信號探測：信號采集器1實時采集脈沖信號發(fā)生裝置輸出的微波脈沖信號，以得到實時的微波脈沖時域信號，且采樣點的總個數(shù)為N，采樣總時長為T，相鄰兩個采樣點間隔的采樣時間為Δt，微波脈沖信號的采樣頻率為fs，則T＝N·Δt；

信號采集器1將采集到的微波脈沖時域信號輸送給中央控制器2，中央控制器2的接收模塊接收所述的微波脈沖時域信號；

步驟200，啁啾特性檢測：

步驟201，預(yù)處理模塊去噪濾波處理：首先，通過滑動平均濾波法將微波脈沖時域信號的毛刺剔除，得到平滑的微波脈沖時域波形A₁；然后，將微波脈沖時域波形A₁進(jìn)行傅里葉變換，得到對應(yīng)的微波脈沖頻譜B₁；接著將微波脈沖頻譜B₁中對應(yīng)于A₁的振鈴的毛刺B₂濾除，毛刺B₂的濾除方法為：在毛刺所對應(yīng)的頻率點前、后分別連續(xù)地取q個頻率點，包括毛刺所對應(yīng)的頻率點在內(nèi)，令頻譜B₁中2q+1個頻率點(2q+1應(yīng)小于N)所對應(yīng)的縱坐標(biāo)值(幅值)為零，即可濾除毛刺B₂；獲得新的微波脈沖頻譜B₃；最后，將微波脈沖頻譜B₃進(jìn)行傅里葉逆變換，得到干凈的微波脈沖時域波形A₂；

步驟202，處理模塊對微波脈沖時域波形A₂進(jìn)行離散化處理：在微波脈沖時域波形A₂的基礎(chǔ)上，將采樣總時長T進(jìn)行離散化分割，均分為k個時段；且任意第j時段具有n個采樣點，j∈{1,2,...,k}，且對任意第j時段的微波脈沖時域波形a_j進(jìn)行傅里葉變換，獲得微波脈沖時域波形a_j的微波脈沖頻譜b_j，并根據(jù)微波脈沖頻譜b_j求得對應(yīng)的功率譜P_j，且P_j＝|b_j|²；基于功率譜P_j，采用一階矩的方法求取第j時段的中心頻率值ω_j，即：

其中，f_j(i)是第j時段的功率譜P_j中，第i個采樣點所對應(yīng)的頻率值；

Δf_j為功率譜P_j中頻率軸上的頻率間隔，且

當(dāng)時

當(dāng)時，

P_j(i)為功率譜P_j中第i個采樣點的頻率f_j(i)所對應(yīng)的功率值，且P_j(i)＝|b_j(i)|²；

步驟203，繪圖模塊繪制啁啾特性曲線：獲取k個時段的所有中心頻率值(即ω₁，ω₂，...ω_k)之后，即可得到以時間為橫軸以中心頻率值為縱軸的啁啾特性曲線；

步驟204，保存：中央控制器2的保存模塊存儲啁啾特性曲線；

步驟205，判定模塊進(jìn)行啁啾特性判斷：判定模塊監(jiān)測啁啾特性曲線，當(dāng)啁啾特性曲線為與時間軸平行的直線時，則判定脈沖信號發(fā)生裝置輸出的微波脈沖不具有啁啾特性；當(dāng)啁啾特性曲線為不與時間軸平行的直線或曲線時，則判定脈沖信號發(fā)生裝置輸出的微波脈沖信號具有啁啾特性；

步驟206，顯示：顯示器3同時顯示啁啾特性曲線和判定模塊的判定結(jié)果，判定模塊的判定結(jié)果為“不具有啁啾特性”或“具有啁啾特性”。

本發(fā)明所述的滑動平均濾波法指的是：在當(dāng)前采樣點前、后分別連續(xù)地取m個采樣點數(shù)據(jù)，用(2m+1)個采樣點值，包括當(dāng)前采樣點值在內(nèi)，依次地計算出全部采樣點的滑動平均值，便可消除毛刺干擾，獲得一條時域信號的光滑曲線。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。