基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太赫茲脈沖信號(hào)采樣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于有限新息率采樣理論的 太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲電磁波在電磁波譜中所處的位置特殊，與其它電磁波相比，它在基礎(chǔ)研宄 領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、生物及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很多優(yōu)越的特性和重要的應(yīng)用價(jià)值。但是 目前太赫茲輻射源的功率普遍都比較低，使得對(duì)太赫茲信號(hào)的探測(cè)十分困難，因此亟需發(fā) 展高靈敏度的太赫茲探測(cè)技術(shù)。相對(duì)于太赫茲脈沖輻射的探測(cè)而言，光電導(dǎo)取樣法和電光 取樣法是兩種應(yīng)用最廣的相干探測(cè)太赫茲脈沖信號(hào)的方法。其中，光電導(dǎo)取樣法是基于光 導(dǎo)天線發(fā)射機(jī)理逆過程發(fā)展起來的一種太赫茲脈沖信號(hào)探測(cè)技術(shù)。該方法不對(duì)放置在太赫 茲光路中的光導(dǎo)天線加偏置電壓，利用與泵浦脈沖有可調(diào)節(jié)時(shí)間延遲關(guān)系的探測(cè)脈沖對(duì)其 進(jìn)行門控，通過改變探測(cè)脈沖和太赫茲脈沖之間的時(shí)間延遲來取樣出太赫茲脈沖的波形。 然而，由于天線參數(shù)的限制，光電導(dǎo)取樣只對(duì)低頻太赫茲信號(hào)有較高的取樣信噪比，當(dāng)頻率 大于幾個(gè)太赫茲時(shí)，其可用性大大降低。
[0003] 電光取樣分為時(shí)分電光取樣和波分電光取樣兩種方法。前者基于線性電光效應(yīng)， 探測(cè)脈沖和太赫茲脈沖同時(shí)通過電光晶體時(shí)，太赫茲脈沖電場(chǎng)會(huì)影響晶體折射率，使探測(cè) 脈沖偏振態(tài)發(fā)生變化，調(diào)整兩種脈沖間的時(shí)間延遲，檢測(cè)探測(cè)脈沖在晶體中的偏振變化可 以對(duì)太赫茲脈沖的時(shí)間波形進(jìn)行取樣測(cè)量。波分電光取樣則是將太赫茲脈沖的時(shí)域波形一 次復(fù)制到被啁啾展寬的啁啾脈沖各頻率的分量上，再通過對(duì)啁啾脈沖的光譜測(cè)量得到太赫 茲波形。然而，時(shí)分電光取樣利用機(jī)械電動(dòng)平移臺(tái)來改變泵浦脈沖與探測(cè)脈沖間的光程差， 數(shù)據(jù)采集速率很低，不能滿足對(duì)快速運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)域太赫茲光譜的采樣。啁啾脈沖測(cè)量技 術(shù)是頻域技術(shù)，而太赫茲脈沖是在時(shí)域中調(diào)制啁啾探測(cè)脈沖的，信號(hào)在頻域中被提取得到， 所以它的時(shí)間分辨率由于時(shí)間-頻率關(guān)系而受到限制。此外，由于電光取樣技術(shù)對(duì)激光噪 聲很靈敏，對(duì)它的光路調(diào)節(jié)也相當(dāng)麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法，本 發(fā)明在較低采樣速率的基礎(chǔ)上采樣大帶寬信號(hào)，并拓展了其可采樣頻率范圍，簡(jiǎn)化了系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的過程。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] 基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1，獲取太赫茲脈沖信號(hào)，在太赫茲脈沖信號(hào)的頻譜的頻率軸上每隔1/ τ取 一個(gè)頻點(diǎn)，得出多個(gè)離散的頻點(diǎn)，τ表示太赫茲脈沖信號(hào)的脈沖周期；將得出的離散的頻 點(diǎn)的序號(hào)的集合中，選取2Μ+1個(gè)頻點(diǎn)的序號(hào)，M為設(shè)定的大于1的自然數(shù)；將選取的2Μ+1 個(gè)頻點(diǎn)的序號(hào)的集合作為頻域數(shù)集I ;
[0008] 步驟2,獲取頻域數(shù)集I中每個(gè)序號(hào)對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)的單頻信號(hào)，將得出的每個(gè)單頻信 號(hào)分別與太赫茲脈沖信號(hào)進(jìn)行混頻處理，得出2M+1個(gè)混頻后信號(hào)；在脈沖周期τ上對(duì)每個(gè) 混頻后信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，得出對(duì)應(yīng)的傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)；
[0009] 步驟3,根據(jù)步驟2的得出的2Μ+1個(gè)傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)，利用子空間法對(duì)太赫茲脈沖 信號(hào)的時(shí)延參數(shù)和幅度參數(shù)進(jìn)行估計(jì)；根據(jù)太赫茲脈沖信號(hào)的時(shí)延參數(shù)的估計(jì)值和幅度參 數(shù)的估計(jì)值，重建出太赫茲脈沖信號(hào)。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為：第一，本發(fā)明由于利用有限新息率理論通過幅度和時(shí)延表 示太赫茲脈沖信號(hào)，只需以高于信號(hào)新息率的速率采樣，通過估計(jì)少量參數(shù)就能確定信號(hào)， 不再受到天線參數(shù)的限制，從而拓展了可采樣頻率的范圍，同時(shí)降低了采樣速率。第二，由 于本發(fā)明采用多通道采樣結(jié)構(gòu)，通過增加一定的系統(tǒng)成本而進(jìn)一步大幅度降低了采樣速 率。同時(shí)，與現(xiàn)有的通過光路調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，系統(tǒng)復(fù)雜度較低，較容易實(shí)現(xiàn)。第三，提高太赫 茲脈沖信號(hào)信噪比只需在可控方位內(nèi)增加采樣速率即可，無需利用傳統(tǒng)方法中的機(jī)械斬波 器來調(diào)制泵浦脈沖，處理過程高效，同時(shí)避免增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法的第一流 程圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法的第二流 程圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的頻域數(shù)集的獲取過程示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)的獲取原理示意圖；
[0015] 圖5為重建出太赫茲脈沖信號(hào)的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0017] 參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法的第 一流程圖，參照?qǐng)D2,為本發(fā)明的基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法的第 二流程圖；該基于有限新息率采樣理論的太赫茲脈沖信號(hào)采樣方法包括以下步驟：
[0018] 步驟1，獲取太赫茲脈沖信號(hào)，將太赫茲脈沖信號(hào)的頻譜的頻率軸上每隔1/ τ取 一個(gè)頻點(diǎn)，得出多個(gè)均勻分布的離散的頻點(diǎn)；將得出的離散的頻點(diǎn)的序號(hào)的集合中，選取 2Μ+1個(gè)頻點(diǎn)的序號(hào)，將選取的2Μ+1個(gè)頻點(diǎn)的序號(hào)的集合作為頻域數(shù)集I。
[0019] 其具體步驟為：
[0020] 參照?qǐng)D3,為本發(fā)明實(shí)施例的頻域數(shù)集的獲取過程示意圖。獲取太赫茲脈沖信號(hào)， 將太赫茲脈沖信號(hào)的頻譜的頻率軸上每隔l/τ取一個(gè)頻點(diǎn)，得出多個(gè)均勻分布的離散的 頻點(diǎn)，τ表示太赫茲脈沖信號(hào)的脈沖周期（需要恢復(fù)信號(hào)的時(shí)間窗）。
[0021] 將太赫茲脈沖信號(hào)的頻譜中能量最高值對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)的序號(hào)設(shè)為0,在太赫茲脈沖 信號(hào)的頻譜的頻率軸上，選取序號(hào)為0的頻點(diǎn)、序號(hào)為0的頻點(diǎn)的左側(cè)M個(gè)頻點(diǎn)、以及序號(hào) 為〇的頻點(diǎn)的右側(cè)M個(gè)頻點(diǎn)，M為設(shè)定的大于1的自然數(shù)；