一种光子最佳变频点控制系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术为一种光子最佳变频点控制系统及其运行方法，光调制器变频后的部分光输出作为返回信号送入本系统光电转换模块，转换的电信号经信号提取模块进入信号处理模块，运算得到电控信号，经决策模块、驱动电路模块输出控制电压到光调制器。其运行方法步骤为：先初始化，信号提取模块读取光电转换模转换的电信号，预处理后送入信息处理模块，循环对信号进行曲线拟合，微分积分和比例运算，得到实时电控信号，经决策模块，驱动电路模块输出控制电压到光调制器，使之工作于最佳变频点。本发明专利技术的系统硬件实现了迅速，精确控制光调制器于最佳变频点工作，输出的光信号频率稳定，光子变频上下变频动态范围增大，传输损耗减少，且抗电磁干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种光子最佳变频点控制系统及其运行方法
本专利技术涉及微波频率变换
，具体为一种光子最佳变频点控制系统及其运行方法，以在光域内实现传统的微波信号上下频率变换。
技术介绍
微波频率变换的应用非常广泛，在通信、技术侦查、频谱监测、电子对抗、遥感测控等领域中，信号接收时需要把接收到的信号下变频到中频进行处理，发射时需要将中频信号上变频为射频信号才能发射。在传统变频系统发射机和接收机的微波/射频电路中，微波频率的上变频和下变频一般是使用二极管混频器和有源晶体管混频器来实现的，其变频动态范围、宽带范围、隔离度、抗损毁能力和抗电磁干扰能力等均受限于电子器件的性能。微波光子器件具有良好非线性特性，且具有带宽大、传输损耗小、电隔离度高、抗电磁干扰等特性，将宽带微波射频信号和微波本振信号分别加载到光域，在光域内实现微波信号的频率变换。该技术突破了微波信号频率变换的“电子瓶颈”限制，同时还实现微波信号的低损耗长距离传输。然而，光域变频器件对外界的温度、应力和湿度等环境变化十分敏感，其最佳变频点受外界环境影响会呈现无规则的快速变化，从而影响变频输出信号的功率和相位稳定性。因此研制一种光子最佳变频点高速回归控制系统是光域变频技术成败的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种光子最佳变频点控制系统，包括光电转换模块、信号提取模块、信号处理模块、决策模块和驱动电路模块，针对光域变频设备的最佳变频点快速变化的特点，对光子最佳变频点进行控制，以在光域内实现微波信号上下频率的准确变换。本专利技术的另一目的是设计上述光子最佳变频点控制系统的运行方法。光子信号进行光电转换并数模转换，微处理器对信号进行数据采集存储，曲线拟合，微分积分运算，确定控制信号的控制方向以及控制量的大小，进而得到对光调制器的控制电压，精确控制光调制器于最佳变频点工作，使其输出的光信号频率稳定。本专利技术设计的一种光子最佳变频点控制系统包括光电转换模块、信号提取模块和驱动电路模块各1个，还包括一个信号处理模块及一个决策模块。光信号经光调制器变频后接入光耦合器，光耦合器将一部分光信号耦合进入输出光纤作为光输出，另一部分接入本光子最佳变频点控制系统的光电转换模块。为了控制光调制器在最佳变频点输出信号，本光子最佳变频控制系统不断地循环提取光调制器的输出信号并据此控制光调制器。控制系统的光电转换模块将接入光信号转换为对应的电信号，其输出的电信号接入信号提取模块，信号提取模块对信号进行预处理，即将接入的电信号进行放大、滤波、整形，并将模拟信号转变为量化的数字信号，信号提取模块的输出接入信号处理模块；信号处理模块包括存储器子模块和运算子模块，存储器子模块先对信号提取模块送入的数字信号进行采集和存储，之后运算子模块对存储的数据进行曲线拟合和微分积分计算，并且根据计算结果确定控制信号的方向和大小，输出相应电控信号到决策模块；紧接着决策模块根据电控信号转换得到模拟的电控信号，输出到驱动电路模块，最后驱动电路模块的输出为本系统的输出，该输出为有效高精度的控制电压，以控制光调制器。所述信号处理模块是微控制器，读取信号提取模块送入的数字信号，对其计算处理。所述信号提取模块包括放大子模块、滤波子模块和模数转换子模块，放大子模块主体为放大器，把小信号放大，过大的信号进行削波。滤波子模块提取其中加载的信号并滤除噪声。模数转换子模块将模拟信号转换为数字信号。所述决策模块包括三个数模转换子模块，依次为8位，16位，24位的数模转换子模块，每个数模转换子模块连接一个放大从模块，其增益依次为2～0dB，5～0dB，10～0dB,决策模块接收信号处理模块发出的电控信号，经其中一个数模转换子模块和一个放大从模块输出模拟信号。根据不同的电控信号选择不同的数模转换子模块。所述驱动电路模块是一个三级串联的放大器，第三级放大器的输出作为驱动电路模块的输出，接入光调制器。第一级放大器的输出经过第二、三级放大器后输出，第二级放大器经过第三级放大器后输出，第三级放大器直接输出。其中第一级放大器的增10dB～0dB，第二级放大器的增益为5dB～0dB，第三级放大器的增益为2dB～0dB。决策模块24位，16位，8位的三个精度不同的数模转换子模块经其所接放大从模块的输出分别依次接入驱动电路模块的第一级、第二级和第三级放大器。本专利技术的光子最佳变频点控制系统的运行方法具体步骤如下：Ⅰ、开始初始化信息处理模块、初始化信号提取模块的模数转换子模块(ADC)和决策模块的三个数模转换子模块(DAC)，初始化微处理器的控制变量Mn。Ⅱ、信号数据读取光电转换模块将光耦合器送入的光信号转换为相应的电信号，送入信号提取模块对信号进行预处理，即对信号进行放大滤波并转换为数字信号；信息处理模块读取信号提取模块送入的数字信号，信号处理模块对每次读取的信号以横坐标x为自变量、纵坐标y为因变量依次存储三个离散数据点(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)。此后每次读取数据，数据点循环更新一次，新读取的数据点存储为(x1，y1)，原来的(x1，y1)改存为(x2，y2)、原来的(x2，y2)改存为(x3，y3)，丢弃原来的(x3，y3)数据点，如此循环更新存储的数据。Ⅲ、信号计算处理Ⅲ-1、离散数据曲线拟合每存储三个点(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，进行一次曲线拟合，得到此三个点的曲线的表达式为f(x)＝ax2+bx+c(1)每更新一次数据点，曲线拟合一次。Ⅲ-2微分积分计算对步骤Ⅲ-1所得拟合曲线方程进行一次微分计算，得到表达式f'(x)＝2ax+b(2)代入x1，x2，x3计算并存储数据值f′(x1)，f′(x2)和f′(x3)。对方程进行二次微分计算，得到表达式f”(x)＝2a(3)将2a代入步骤Ⅲ-1所得拟合曲线方程中，计算本次三个数据点拟合曲线的极值点(2a，2a3+2ab+c)，并存储。拟合曲线的极值点逼近最佳变频点。对Ⅲ-1所得拟合曲线方程进行一元积分计算，得到表达式比较x1，x2，x3与2a，把x1，x2，x3中与2a最靠近的点标记为最靠近最佳变频点的拟合点，将此点值代入一次积分式(4)，并将计算得到的值存储。每更新一次数据点，拟合曲线改变一次，重新计算拟合曲线的一次微分，二次微分和一元积分，并更新一次存储数据，更新方式与步骤Ⅱ信号数据读取中的数据循环更新相同。Ⅲ-3控制变量变化方向确定对Ⅲ-2中计算所得的2a的正负进行判断，再判断x1，x2，x3所对应的一次微分值的正负并比较其值大小。若2a为正，点(2a，2a3+2ab+c)为极大值点；假如x1，x2，x3所对应的一次微分值为正，即x1，x2，x3在极大值点左边，控制变量需从极大值点左边以正的增大量调节光信号向极大值点，即向最佳变频点靠近；假如x1，x2，x3所对应的一次微分值为负，即x1，x2，x3在极大值点右边，控制变量需从极大值点右边以正的增加量调节光信号向最佳变频点靠近。若2a为负，点(2a，2a3+2ab+c)为极小值点；假如x1，x2，x3所对应的一次微分值为正，即x1，x2，x3在极小值点右边，控制变量需从极小值点左边以正的减小量调节光信号向最佳变频点靠近；假如x1，x2，x3所对应的一次微分值为负，即x1，x2，x3在极小值点左边，控制变量需从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子最佳变频点控制系统，包括光电转换模块、信号提取模块和驱动电路模块各1个，其特征在于：还包括一个信号处理模块及一个决策模块；光信号经光调制器变频后接入光耦合器，光耦合器将一部分光信号耦合进入输出光纤作为光输出，另一部分接入本光子最佳变频点控制系统的光电转换模块；光电转换模块将接入光信号转换为对应的电信号，其输出的电信号接入信号提取模块，信号提取模块对信号进行预处理，即将接入的电信号进行放大、滤波、整形，并将模拟信号转变为量化的数字信号，信号提取模块的输出接入信号处理模块；信号处理模块包括存储器子模块和运算子模块，存储器子模块先对信号提取模块送入的数字信号进行采集和存储，之后运算子模块对存储的数据进行曲线拟合和微分积分计算，并且根据计算结果确定控制信号的方向和大小，输出相应电控信号到决策模块；紧接着决策模块根据电控信号转换得到模拟的电控信号，输出到驱动电路模块，最后驱动电路模块的输出为本系统的输出；所述信号处理模块是微控制器。

【技术特征摘要】
1.一种光子最佳变频点控制系统，包括光电转换模块、信号提取模块和驱动电路模块各1个，其特征在于：还包括一个信号处理模块及一个决策模块；光信号经光调制器变频后接入光耦合器，光耦合器将一部分光信号耦合进入输出光纤作为光输出，另一部分接入本光子最佳变频点控制系统的光电转换模块；光电转换模块将接入光信号转换为对应的电信号，其输出的电信号接入信号提取模块，信号提取模块对信号进行预处理，即将接入的电信号进行放大、滤波、整形，并将模拟信号转变为量化的数字信号，信号提取模块的输出接入信号处理模块；信号处理模块包括存储器子模块和运算子模块，存储器子模块先对信号提取模块送入的数字信号进行采集和存储，之后运算子模块对存储的数据进行曲线拟合和微分积分计算，并且根据计算结果确定控制信号的方向和大小，输出相应电控信号到决策模块；紧接着决策模块根据电控信号转换得到模拟的电控信号，输出到驱动电路模块，最后驱动电路模块的输出为本系统的输出；所述信号处理模块是微控制器。2.根据权利要求1所述的光子最佳变频点控制系统，其特征在于：所述信号提取模块包括放大子模块、滤波子模块和模数转换子模块，放大子模块主体为放大器。3.根据权利要求1所述的光子最佳变频点控制系统，其特征在于：所述决策模块包括三个数模转换子模块，依次为8位，16位，24位的数模转换子模块，每个数模转换子模块连接一个放大从模块，其增益依次为2～0dB，5～0dB，10～0dB。4.根据权利要求1所述的光子最佳变频点控制系统，其特征在于：所述驱动电路模块是一个三级串联的放大器，第三级放大器的输出作为驱动电路模块的输出，接入光调制器；第一级放大器的输出经过第二、三级放大器后输出，第二级放大器经过第三级放大器后输出，第三级放大器直接输出；其中第一级放大器的增10dB～0dB，第二级放大器的增益为5dB～0dB，第三级放大器的增益为2dB～0dB；决策模块的24位，16位，8位的数模转换子模块经其所接的放大从模块的输出分别依次接入驱动电路模块的第一级、第二级和第三级放大器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光子最佳变频点控制系统的运行方法，其特征在于具体步骤如下：Ⅰ、开始初始化信息处理模块、初始化信号提取模块的模数转换子模块(ADC)和决策模块的三个数模转换子模块(DAC)，初始化微处理器的控制变量；Ⅱ、信号数据读取光电转换模块将光耦合器送入的光信号转换为相应的电信号，送入信号提取模块对信号进行预处理，即对信号进行放大滤波并转换为数字信号；信息处理模块读取信号提取模块送入的数字信号，信号处理模块对每次读取的信号以横坐标x为自变量、纵坐标y为因变量依次存储三个离散数据点(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)；此后每次读取数据，数据点循环更新一次，新读取的数据点存储为(x1，y1)，原来的(x1，y1)改存为(x2，y2)、原来的(x2，y2)改存为(x3，y3)，丢弃原来的(x3，y3)数据点，如此循环更新存储的数据；Ⅲ、信号计算处理Ⅲ-1、离散数据曲线拟合每存储的三个点(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，进行一次曲线拟合，得到此三个点的曲线的表达式为f(x)＝ax2+bx+c(1)每更新一次数据点，曲线拟合一次；Ⅲ-2微分积分计算对步骤Ⅲ-1所得拟合曲线方程进行一次微分计算，得到表达式f'(x)＝2ax+b(2)代入x1，x2，x3,计算并存储数据值f′(x1)，f′(x2)和f′(x3)；对方程进行二次微分计算，得到表达式f”(x)＝2a(3)将2a代入步骤Ⅲ-1所得拟合曲线方程中，计算本次三个数据点拟合曲线的极值点(2a，2a3+2ab+c)，并存储，拟合曲线的极值点逼近最佳...

【专利技术属性】
技术研发人员：代丰羽，朱少林，臧习飞，陈协助，尹怡辉，王俊郎，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十四研究所，桂林大为通信技术有限公司，桂林信通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45