一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法

1.本发明属于宽带射频信号接收处理技术领域，具体涉及一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法。


背景技术：

2.生物医学工程采用射频光子传感技术对人体心脏和血管的血流动力学参数进行高精度监测。射频光子传感技术具有灵敏度高、稳定性好、分辨率高、生物安全性好、系统复杂度低、不受电磁干扰等优点，可满足各种临床特别是重症监护（icu）、核磁共振（mri）等环境下对人体参数高精度及安全监测的需求。
3.在射频光子传感设备中，将射频信号调制到光波上，通过高精度光学传感单元感知人体心脏和血管的血流动力学参数，并将参数映射到调制光信号的幅度、频率、相位等物理量上，最后再通过光电探测器将调制光信号转换回射频信号，信号处理单元处理和提取射频信号特性，从而得到人体的待测参数。由于受到高速采集和实时处理能力的限制，现有信号处理单元对异常出现的单个宽带瞬态信号很难捕获和测量，仅能处理具有一定时间平稳特性的射频信号，这就会造成对偶然出现的心脏和血管的血流动力学参数异常变化无法感知，影响临床精准诊断和及时处理。为了测量单个宽带瞬态信号，在信号采集和处理之前，必须要对瞬态信号进行复制和移频，保证在时域上产生固定周期的脉冲信号序列，同时在频域上进行多普勒频率移动以补偿血流速度变化。
4.因此，本发明提供了一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法，以至少解决上述部分技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法，以至少解决上述部分技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种宽带瞬态信号的复制移频系统，所述系统包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，所述信号预处理单元包括瞬态信号输入端、移频信号输入端、以及与瞬态信号输入端对应的同相射频信号输出端和正交射频信号输出端、以及与移频信号输入端对应的同相移频信号输出端和正交移频信号输出端，同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接到多通道电光相位转换单元，所述多通道电光相位转换单元的四路调相光信号输出端连接到光信号处理单元，所述光信号处理单元的两路复制光信号输出端和两路放大光信号输出端连接到多通道光电合成转换单元。
7.进一步地，所述信号预处理单元包括正交耦合器1和正交耦合器2，所述正交耦合器1用于接收瞬态信号，所述正交耦合器2用于接收移频信号；所述瞬态信号为脉冲信号，同相射频信号、正交射频信号和瞬态信号的频率、脉冲
宽度相同，同相射频信号和正交射频信号的相位相差为90
°
；所述移频信号为连续波信号，同相移频信号和正交移频信号的相位相差为90
°
。
8.进一步地，所述多通道电光相位转换单元包括激光器，与激光器连接的1
×
4光耦合器，以及与1
×
4光耦合器连接的光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3、光相位调制器4分别与同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接。
9.进一步地，所述光信号处理单元包括分别与光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4一对一连接的光纤复制环路1、光纤复制环路2、光放大器3和光放大器4；光纤复制环路1包括2
×
2光耦合器1、与2
×
2光耦合器1连接的光放大器1、与光放大器1连接的光延迟线1、以及与光延迟线1连接并且连接到2
×
2光耦合器1的可调光衰减器1；光纤复制环路2包括2
×
2光耦合器2、与2
×
2光耦合器2连接的光放大器2、与光放大器2连接的光延迟线2、以及与光延迟线2连接并且连接到2
×
2光耦合器2的可调光衰减器2。
10.进一步地，所述多通道光电合成转换单元包括2
×
2光开关、可调光衰减器3、可调光衰减器6、与2
×
2光开关连接的可调光衰减器4和可调光衰减器5、与可调光衰减器3和可调光衰减器4连接的1
×
2光耦合器1，与可调光衰减器5和可调光衰减器6连接的1
×
2光耦合器2，以及与1
×
2光耦合器1和1
×
2光耦合器2连接的平衡光探测器。
11.本发明还提供了一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，所述方法为信号预处理单元同时输入一路瞬态信号和一路移频信号，信号预处理单元基于瞬态信号输出同相射频信号、正交射频信号至多通道电光相位转换单元，信号预处理单元基于移频信号输出同相移频信号和正交移频信号至多通道电光相位转换单元；多通道电光相位转换单元输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4并且输入至光信号处理单元；光信号处理单元处理后输出复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2；复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2最后通过多通道光电合成转换单元得到输出信号。
12.进一步地，激光器发出一路激光，激光经过1
×
4光耦合器功分为功率相等的四路光波，所述四路光波分别输入光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4；同相射频信号、正交射频信号、同相移频信号和正交移频信号对来自同一路激光的四路光波进行并行相位调制，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4分别输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4。
13.进一步地，调相光信号1输入2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1再输入至2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1输入至2
×
2光耦合器1，不断重复最终得到复制光信号1，复制光信号1为固定周期t的调相光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述同相射频信号；调相光信号2输入2
×
2光耦合器2，2
×
2光耦合器2输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2再输入至2
×
2光耦合器2，2
×
2光耦合器2又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2输入至2
×
2光耦合器2，不断重复最终得到复制光信号2，复制光信号2为固定周期t的调相
光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述正交射频信号；调相光信号3输入光放大器3，光放大器3输出放大光信号1，放大光信号1携带所述同相移频信号；调相光信号4输入光放大器4，光放大器4输出放大光信号2，放大光信号2携带所述正交移频信号。
14.进一步地，复制光信号1、复制光信号2分别输入可调光衰减器3、可调光衰减器6，放大光信号1和放大光信号2输入2
×
2光开关；在2
×
2光开关切换分配下，放大光信号1输入可调光衰减器4，放大光信号2输入可调光衰减器5，复制光信号1与放大光信号1输入1
×
2光耦合器1，1
×
2光耦合器1输出合成光信号1，复制光信号2与放大光信号2输入1
×
2光耦合器2，1
×
2光耦合器1输出合成光信号2；合成光信号1和合成光信号2再经平衡光探测器，平衡光探测器输出复制移频信号；复制光信号1与放大光信号1合成的合成光信号1、复制光信号2与放大光信号2合成的合成光信号2的有用光功率分别为和；；；式中，和分别为合成光信号1和合成光信号2的第一功率系数，为一阶贝塞尔函数，和分别为瞬态信号和移频信号的调制指数，为瞬态信号的频率，为移频信号的频率，为时间。
15.进一步地，复制光信号1、复制光信号2分别输入可调光衰减器3、可调光衰减器6，放大光信号1和放大光信号2输入2
×
2光开关；在2
×
2光开关切换分配下，放大光信号2输入可调光衰减器4，放大光信号1输入可调光衰减器5，复制光信号1与放大光信号2输入1
×
2光耦合器1，1
×
2光耦合器1输出合成光信号1，复制光信号2与放大光信号1输入1
×
2光耦合器2，1
×
2光耦合器1输出合成光信号2；合成光信号1和合成光信号2再经平衡光探测器，平衡光探测器输出复制移频信号；由复制光信号1和放大光信号2合成的合成光信号1、复制光信号2和放大光信号1合成的合成光信号2的有用光功率分别为和；；；式中，和分别为合成光信号1和合成光信号2的第二功率系数，为一阶贝塞尔函数，和分别为瞬态信号和移频信号的调制指数，为瞬态信号的频率，为移频信号的频率，为时间。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过将瞬态信号和移频信号调制到光波相位上，采用光学技术对多路调相光信号进行处理，最后由光电合成转换得到固定周期的复制移频信号。本发明能够对单个宽带瞬态信号进行复制和移频处理，显著提高现有光子传感系统对心脏和血管的血流动力学参数异常变化的感知能力，具有带宽大、信噪比高、响应速度快、保真度高等优点，对于生
物医学传感等领域中宽带瞬态信号的截获和测量具有重要的应用价值。
附图说明
17.图1为宽带瞬态信号的复制移频系统的总体实现框图。
18.图2为信号预处理单元的实现框图。
19.图3为多通道电光相位转换单元的实现框图。
20.图4为光信号处理单元的实现框图。
21.图5为多通道光电合成转换单元的实现框图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.图1为宽带瞬态信号的复制移频系统的总体实现框图，包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，所述信号预处理单元包括瞬态信号输入端、移频信号输入端、以及与瞬态信号输入端对应的同相射频信号输出端和正交射频信号输出端、以及与移频信号输入端对应的同相移频信号输出端和正交移频信号输出端，同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接到多通道电光相位转换单元，所述多通道电光相位转换单元的四路调相光信号输出端连接到光信号处理单元，所述光信号处理单元的两路复制光信号输出端和两路放大光信号输出端连接到多通道光电合成转换单元。
24.信号预处理单元将瞬态信号预处理为同相射频信号和正交射频信号、将移频信号预处理为同相移频信号和正交移频信号，多通道电光相位转换单元将同相和正交信号映射到四个调相光信号的相位上，光信号处理单元对调相光信号进行循环复制及放大，多通道光电合成转换单元则得到输出信号，实现复制信号的光电转换及正频率或负频率移动。本发明具有性能高、架构简便等优点，对于生物医学传感等领域中宽带瞬态信号的截获和测量具有重要的应用价值。
25.图2为信号预处理单元的实现框图，所述信号预处理单元包括正交耦合器1和正交耦合器2，所述正交耦合器1用于接收瞬态信号，所述正交耦合器2用于接收移频信号。正交耦合器1的输入端为所述瞬态信号输入端，正交耦合器1的输出端有两个，分别为所述同相射频信号输出端和所述正交射频信号输出端；正交耦合器2的输入端为所述移频信号输入端，正交耦合器2的输出端有两个，分别为所述同相移频信号输出端和所述正交移频信号输出端。正交耦合器1由瞬态信号输入端输入一路瞬态信号，分别由同相射频信号输出端和正交射频信号输出端输出一路同相射频信号和一路正交射频信号，同时正交耦合器2由移频信号输入端输入一路移频信号，分别由同相移频信号输出端和正交移频信号输出端输出一路同相移频信号和一路正交移频信号。所述瞬态信号为脉冲信号，频率为，脉冲宽度为，同相射频信号、正交射频信号和瞬态信号的频率、脉冲宽度均相同，同相射频信号和正交射频信号的相位相差为90
°
；所述移频信号为连续波信号，频率为，同相移频信号和正
交移频信号的相位相差为90
°
。
26.图3为多通道电光相位转换单元的实现框图，所述多通道电光相位转换单元包括激光器，与激光器连接的1
×
4光耦合器，以及与1
×
4光耦合器连接的光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3、光相位调制器4分别与同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接。
27.激光器发出一路激光，激光经过1
×
4光耦合器功分为功率相等的四路光波，所述四路光波分别输入光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4，同时，同相射频信号输入光相位调制器1，所述正交射频信号输入光相位调制器2，所述同相移频信号输入光相位调制器3，所述正交移频信号输入光相位调制器4；光相位调制器1输出调相光信号1，光相位调制器2输出调相光信号2，光相位调制器3输出调相光信号3，光相位调制器4输出调相光信号4。上述过程为同相射频信号、正交射频信号、同相移频信号和正交移频信号对来自同一路激光分路的四路光波进行并行相位调制。
28.图4为光信号处理单元的实现框图，所述光信号处理单元包括分别与光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4一对一连接的光纤复制环路1、光纤复制环路2、光放大器3和光放大器4；光纤复制环路1包括2
×
2光耦合器1、与2
×
2光耦合器1连接的光放大器1、与光放大器1连接的光延迟线1、以及与光延迟线1连接并且连接到2
×
2光耦合器1的可调光衰减器1；光纤复制环路2包括2
×
2光耦合器2、与2
×
2光耦合器2连接的光放大器2、与光放大器2连接的光延迟线2、以及与光延迟线2连接并且连接到2
×
2光耦合器2的可调光衰减器2。2
×
2光耦合器1、2
×
2光耦合器2、光放大器3和光放大器4的输入端分别与光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4的输出端连接。
29.所述光延迟线1的延迟时间为，通过可调光衰减器1避免光纤复制环路1产生自激振荡；所述光延迟线2的延迟时间也为，同理，通过可调光衰减器2避免光纤复制环路2产生自激振荡。
30.调相光信号1输入2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1再输入至2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1输入至2
×
2光耦合器1，不断重复最终得到复制光信号1，复制光信号1为固定周期t的调相光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述同相射频信号；调相光信号2输入2
×
2光耦合器2，2
×
2光耦合器2输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2再输入至2
×
2光耦合器2，2
×
2光耦合器2又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2输入至2
×
2光耦合器2，不断重复最终得到复制光信号2，复制光信号2为固定周期t的调相光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述正交射频信号；调相光信号3输入光放大器3，光放大器3输出放大光信号1，放大光信号1携带所述同相移频信号；调相光信号4输入光放大器4，光放大器4输出放大光信号2，放大光信号2携带所述正交移频信号。
31.为了保证复制光信号1和复制光信号2中的相邻调相光脉冲没有时间重叠，需要满
足以下条件：，为光延迟线1和光延迟线2的延迟时间，为瞬态信号的脉冲宽度。
32.图5为多通道光电合成转换单元的实现框图，所述所述多通道光电合成转换单元包括2
×
2光开关、可调光衰减器3、可调光衰减器6、与2
×
2光开关连接的可调光衰减器4和可调光衰减器5、与可调光衰减器3和可调光衰减器4连接的1
×
2光耦合器1，与可调光衰减器5和可调光衰减器6连接的1
×
2光耦合器2，以及与1
×
2光耦合器1和1
×
2光耦合器2连接的平衡光探测器。
33.复制光信号1、复制光信号2分别输入可调光衰减器3、可调光衰减器6，放大光信号1和放大光信号2输入2
×
2光开关；在2
×
2光开关切换分配下，放大光信号1输入可调光衰减器4或可调光衰减器5，当放大光信号1输入可调光衰减器4时，放大光信号2输入可调光衰减器5，当放大光信号1输入可调光衰减器5时，放大光信号2输入可调光衰减器4。通过2
×
2光开关进行不同复制光信号和放大光信号的合成，最终得到不同的输出信号。可调光衰减器3、可调光衰减器4、可调光衰减器5和可调光衰减器6，可以使合成光信号1和合成光信号2的功率相等。所述复制移频信号由固定周期的多个脉冲信号组成，每个脉冲信号与瞬态信号的时域特性完全相同，且每个脉冲信号与瞬态信号的脉冲宽度相同，均为。
34.其中一个实施例中，放大光信号1输入可调光衰减器4，放大光信号2输入可调光衰减器5，复制光信号1与放大光信号1输入1
×
2光耦合器1，1
×
2光耦合器1输出合成光信号1，复制光信号2与放大光信号2输入1
×
2光耦合器2，1
×
2光耦合器2输出合成光信号2；合成光信号1和合成光信号2再经平衡光探测器，平衡光探测器的输出信号为复制移频信号。
35.此时，复制光信号1与放大光信号1合成的合成光信号1、复制光信号2与放大光信号2合成的合成光信号2的有用光功率分别为和，和均为时间的函数：；；式中，和分别为合成光信号1和合成光信号2的第一功率系数，为一阶贝塞尔函数，和分别为瞬态信号和移频信号的调制指数，为瞬态信号的频率，为移频信号的频率，为时间。通过调节可调光衰减器3、可调光衰减器4、可调光衰减器5和可调光衰减器6，可以使和相等。在此实施例中，合成光信号1和合成光信号2输入平衡光探测器，输出得到的复制移频信号，其频率为瞬态信号的频率加上移频信号的频率，即。
36.其中另一个实施例中，复制光信号1、复制光信号2分别输入可调光衰减器3、可调光衰减器6，放大光信号1和放大光信号2输入2
×
2光开关；在2
×
2光开关切换分配下，放大光信号2输入可调光衰减器4，放大光信号1输入可调光衰减器5，复制光信号1与放大光信号2输入1
×
2光耦合器1，1
×
2光耦合器1输出合成光信号1，复制光信号2与放大光信号1输入1
×
2光耦合器2，1
×
2光耦合器2输出合成光信号2；合成光信号1和合成光信号2再经平衡光探测器，平衡光探测器的输出信号为复制移频信号；此时，由复制光信号1和放大光信号2合成的合成光信号1、复制光信号2和放大光
信号1合成的合成光信号2的有用光功率分别为和，和均为时间的函数：；；式中，和分别为合成光信号1和合成光信号2的第二功率系数，为一阶贝塞尔函数，和分别为瞬态信号和移频信号的调制指数，为瞬态信号的频率，为移频信号的频率，为时间。通过调节可调光衰减器3、可调光衰减器4、可调光衰减器5和可调光衰减器6，可以使和相等。在此实施例中，合成光信号1和合成光信号2输入平衡光探测器，输出得到的复制移频信号，其频率为瞬态信号的频率减去移频信号的频率，即。
37.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，所述信号预处理单元包括瞬态信号输入端、移频信号输入端、以及与瞬态信号输入端对应的同相射频信号输出端和正交射频信号输出端、以及与移频信号输入端对应的同相移频信号输出端和正交移频信号输出端，同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接到多通道电光相位转换单元，所述多通道电光相位转换单元的四路调相光信号输出端连接到光信号处理单元，所述光信号处理单元的两路复制光信号输出端和两路放大光信号输出端连接到多通道光电合成转换单元。2.根据权利要求1所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述信号预处理单元包括正交耦合器1和正交耦合器2，所述正交耦合器1用于接收瞬态信号，所述正交耦合器2用于接收移频信号；所述瞬态信号为脉冲信号，同相射频信号、正交射频信号和瞬态信号的频率、脉冲宽度相同，同相射频信号和正交射频信号的相位相差为90
°
；所述移频信号为连续波信号，同相移频信号和正交移频信号的相位相差为90
°
。3.根据权利要求2所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述多通道电光相位转换单元包括激光器，与激光器连接的1
×
4光耦合器，以及与1
×
4光耦合器连接的光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3、光相位调制器4分别与同相射频信号输出端、正交射频信号输出端、同相移频信号输出端、正交移频信号输出端连接。4.根据权利要求3所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述光信号处理单元包括分别与光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4一对一连接的光纤复制环路1、光纤复制环路2、光放大器3和光放大器4；光纤复制环路1包括2
×
2光耦合器1、与2
×
2光耦合器1连接的光放大器1、与光放大器1连接的光延迟线1、以及与光延迟线1连接并且连接到2
×
2光耦合器1的可调光衰减器1；光纤复制环路2包括2
×
2光耦合器2、与2
×
2光耦合器2连接的光放大器2、与光放大器2连接的光延迟线2、以及与光延迟线2连接并且连接到2
×
2光耦合器2的可调光衰减器2。5.根据权利要求4所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统，其特征在于，所述多通道光电合成转换单元包括2
×
2光开关、可调光衰减器3、可调光衰减器6、与2
×
2光开关连接的可调光衰减器4和可调光衰减器5、与可调光衰减器3和可调光衰减器4连接的1
×
2光耦合器1，与可调光衰减器5和可调光衰减器6连接的1
×
2光耦合器2，以及与1
×
2光耦合器1和1
×
2光耦合器2连接的平衡光探测器。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，信号预处理单元同时输入一路瞬态信号和一路移频信号，信号预处理单元基于瞬态信号输出同相射频信号、正交射频信号至多通道电光相位转换单元，信号预处理单元基于移频信号输出同相移频信号和正交移频信号至多通道电光相位转换单元；多通道电光相位转换单元输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4并且输入至光信号处理单元；光信号处理单元处理后输出复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2；复制光信号1、复制光信号2、放大光信号1和放大光信号2最后通过多通道光电合成转换单元得到输出信号。
7.根据权利要求6所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，激光器发出一路激光，激光经过1
×
4光耦合器功分为功率相等的四路光波，所述四路光波分别输入光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4；同相射频信号、正交射频信号、同相移频信号和正交移频信号对来自同一路激光的四路光波进行并行相位调制，光相位调制器1、光相位调制器2、光相位调制器3和光相位调制器4分别输出调相光信号1、调相光信号2、调相光信号3和调相光信号4。8.根据权利要求7所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，调相光信号1输入2
×
2光耦合器1，2
×
2光耦合器1输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1再输入至2
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2光耦合器1，2
×
2光耦合器1又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经光放大器1、光延迟线1、可调光衰减器1输入至2
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2光耦合器1，不断重复最终得到复制光信号1，复制光信号1为固定周期t的调相光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述同相射频信号；调相光信号2输入2
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2光耦合器2，2
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2光耦合器2输出两路光信号，一路直接输出，另一路经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2再输入至2
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2光耦合器2，2
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2光耦合器2又输出两路光信号，一路直接输出，另一路再经经光放大器2、光延迟线2、可调光衰减器2输入至2
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2光耦合器2，不断重复最终得到复制光信号2，复制光信号2为固定周期t的调相光脉冲信号序列，序列中每个调相光脉冲信号均携带所述正交射频信号；调相光信号3输入光放大器3，光放大器3输出放大光信号1，放大光信号1携带所述同相移频信号；调相光信号4输入光放大器4，光放大器4输出放大光信号2，放大光信号2携带所述正交移频信号。9.根据权利要求8所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，复制光信号1、复制光信号2分别输入可调光衰减器3、可调光衰减器6，放大光信号1和放大光信号2输入2
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2光开关；在2
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2光开关切换分配下，放大光信号1输入可调光衰减器4，放大光信号2输入可调光衰减器5，复制光信号1与放大光信号1输入1
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2光耦合器1，1
×
2光耦合器1输出合成光信号1，复制光信号2与放大光信号2输入1
×
2光耦合器2，1
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2光耦合器1输出合成光信号2；合成光信号1和合成光信号2再经平衡光探测器，平衡光探测器输出复制移频信号；复制光信号1与放大光信号1合成的合成光信号1、复制光信号2与放大光信号2合成的合成光信号2的有用光功率分别为和；；；式中，和分别为合成光信号1和合成光信号2的第一功率系数，为一阶贝塞尔函数，和分别为瞬态信号和移频信号的调制指数，为瞬态信号的频率，为移频信号的频率，为时间。10.根据权利要求8所述的一种宽带瞬态信号的复制移频系统的实现方法，其特征在于，复制光信号1、复制光信号2分别输入可调光衰减器3、可调光衰减器6，放大光信号1和放大光信号2输入2
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2光开关；在2
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2光开关切换分配下，放大光信号2输入可调光衰减器4，
放大光信号1输入可调光衰减器5，复制光信号1与放大光信号2输入1
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2光耦合器1，1
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2光耦合器1输出合成光信号1，复制光信号2与放大光信号1输入1
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2光耦合器2，1
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2光耦合器1输出合成光信号2；合成光信号1和合成光信号2再经平衡光探测器，平衡光探测器输出复制移频信号；由复制光信号1和放大光信号2合成的合成光信号1、复制光信号2和放大光信号1合成的合成光信号2的有用光功率分别为和；；；式中，和分别为合成光信号1和合成光信号2的第二功率系数，为一阶贝塞尔函数，和分别为瞬态信号和移频信号的调制指数，为瞬态信号的频率，为移频信号的频率，为时间。

技术总结
本发明公开了一种宽带瞬态信号的复制移频系统及其实现方法，所述复制移频系统包括信号预处理单元、多通道电光相位转换单元、光信号处理单元和多通道光电合成转换单元，本发明通过将瞬态信号和移频信号调制到光波相位上，采用光学技术对多路调相光信号进行处理，最后由光电合成转换得到固定周期的复制移频信号。本发明能够对单个宽带瞬态信号进行复制和移频处理，显著提高现有光子传感系统对心脏和血管的血流动力学参数异常变化的感知能力，具有带宽大、信噪比高、响应速度快、保真度高等优点，对于生物医学传感等领域中宽带瞬态信号的截获和测量具有重要的应用价值。截获和测量具有重要的应用价值。截获和测量具有重要的应用价值。


技术研发人员：赵志颖 陈吉欣
受保护的技术使用者：四川省医学科学院
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/9