【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波、光学、微波光子建模与仿真领域，具体而言，涉及一种微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法、介质及装置。
技术介绍
1、宽带微波光子阵列系统链路仿真分析涉及天线、微波、光电、数字等部分的全线贯通，基于各类器件模型的复杂组合和参数控制实现微波光子阵列系统的性能评估，器件模型是决定微波光子系统高效、精准分析评估的关键。此外，依靠传统单学科建模仿真手段难以实现微波光子阵列系统全链路分析评估，因为微波光子阵列系统需实现基于信号流驱动的时域仿真，而如天线、微波等学科基于三维电磁场有限元分析或频域电路分析等方法所构建的器件模型则无法被系统链路直接调用。因此，亟需构建满足微波光子阵列系统时域信号流仿真需求的微波光子器件模型。
2、在诸多器件建模方法中，多端口网络s参数模型是一种广泛应用于微波、光学、微波光子等无源器件或小信号有源器件的模型表征方法，其具有参数易获得、计算效率高等优势，基于实测s参数的器件模型相较于基于公式的理想器件模型具有更好的仿真精度。散射参量s参数虽然表征了端口入射电压波和反射电压波的映射关系，但从信号流的角度来看，s参数也反映了器件对输入信号的频域响应，可看作器件的频域电路模型。
3、若在微波光子阵列系统链路时域信号流仿真中不加处理地直接调用s参数模型，则在仿真的每个时间步都需对输入信号进行时频变换：首先将输入时域信号转换为频域信号，然后再将经过器件模型计算后的频域信号转换为时域信号输出。然而宽带微波光子阵列系统往往包含大量器件，频繁的时频变换不仅严重制约系统仿真的效率，而且还
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术提供一种微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法、介质及装置，将s参数表征的器件均看作滤波器，s参数确定了滤波器的预期频率响应，基于预期频率响应构建一个fir数字滤波器，进而实现对输入信号的时域卷积和延迟量校正。
2、本专利技术提供的一种微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，包括如下步骤：
3、步骤一：基于s参数完成fir数字滤波器频率响应数据插值；
4、步骤二：自适应阶数fir数字滤波器设计；
5、步骤三：基于fir数字滤波器完成对输入信号的时域卷积；
6、步骤四：输出信号延迟量校正。
7、进一步地，步骤一中，需将原始s参数的模拟频率映射到数字角频率，并完成频率响应数据插值。
8、进一步地，所述将原始s参数的模拟频率映射到数字角频率包括：
9、假设系统仿真的采样率为fs，而器件s参数的最大频率为fmax，则得到在该器件工作频段内使得信号不发生失真和混叠的器件采样率fscomponent为：
10、fscomponent＝max{fs,2·fmax} (1)
11、从而基于式(2)将s参数的模拟频率f映射到fir数字滤波器的数字角频率：
12、
13、其中，ω为fir数字滤波器的数字角频率。
14、进一步地，所述完成fir数字滤波器频率响应数据插值包括：
15、原始s参数通过线性插值得到数字角频率在[0,π]范围的频率响应，然后根据共轭对称原则扩展得到数字角频率在(π,2π]范围的频率响应，从而得到fir数字滤波器完整的频率响应。
16、进一步地，以s21参数为例，所述完成fir数字滤波器频率响应数据插值包括如下过程：
17、为基于频率抽样法构建该n阶fir数字滤波器，要求预期频率响应样本点数等于滤波器长度n，并在单位圆上等间隔分布，且样本点对应的频率响应关于共轭对称；
18、将数字角频率ω在[0,π]范围上进行等分，则待插值样本点通过式(4)计算得到：
19、
20、插值样本点所对应的fir数字滤波器的幅度响应通过式(5)计算得到：
21、
22、其中，ωinterp1、ωinterp2、依据式(6)得到：
23、
24、插值样本点所对应的fir数字滤波器的线性相位响应通过式(7)计算得到：
25、
26、基于式(4)、式(5)和式(7)得到fir数字滤波器在[0,π]范围上的频率响应为：
27、
28、根据fir数字滤波器频率响应关于共轭对称的特点，基于式(9)得到(π,2π]范围上的频率响应为：
29、
30、将式(8)和式(9)合在一起就组成了fir数字滤波器在[0,2π]范围上的完整频率响应，如式(10)所示：
31、
32、进一步地，步骤二中，自适应阶数fir数字滤波器设计包括：
33、a，给fir数字滤波器的阶数n设置一个初值；
34、b，基于步骤一完成n阶fir数字滤波器的频率响应数据插值；
35、c，对fir数字滤波器频率响应进行离散傅里叶反变换，从而得到fir数字滤波器在时域的脉冲响应，也即fir数字滤波器的系数向量；
36、d，利用原始s参数对所设计的n阶fir数字滤波器的幅度频率响应进行精度验证，若不满足预期仿真精度，则逐步增加阶数n，并重复步骤a～步骤c；若满足预期精度要求，则结束。
37、进一步地，所述基于fir数字滤波器完成对输入信号的时域卷积包括：设每个仿真步的信号流长度为m，则其与n阶fir数字滤波器进行时域卷积计算后，将得到长度为m+n-1的输出信号流。
38、进一步地，所述输出信号延迟量校正包括：从m+n-1的输出信号流中的第开始，读取为m个数据点，即可实现对延迟量的校正，提取到输出信号的有效部分。
39、本专利技术还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法。
40、本专利技术还提供一种计算装置，包括：
41、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法。
42、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
43、本专利技术中，构建符合器件s参数频率响应的fir数字滤波器，进而基于该fir数字滤波器实现对输入信号的时域卷积，相较于原始频域s参数模型，本专利技术所构建的fir数字滤波器模型直接在时域对输入信号进行计算，避免了在每个仿真步反复进行时频变换，不仅可以有效提高宽带微波光子阵列系统链路时域信号流仿真效率，而且可以避免因频域离散化导致的时域信号混叠，同时fir数字滤波器还保证了信号不会发生相位失真，相较于传统方法具有明显优势。
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1.一种微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，步骤一中，需将原始S参数的模拟频率映射到数字角频率，并完成频率响应数据插值。
3.根据权利要求2所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，所述将原始S参数的模拟频率映射到数字角频率包括：
4.根据权利要求3所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，所述完成FIR数字滤波器频率响应数据插值包括：
5.根据权利要求4所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，以S21参数为例，所述完成FIR数字滤波器频率响应数据插值包括如下过程：
6.根据权利要求1所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，步骤二中，自适应阶数FIR数字滤波器设计包括：
7.根据权利要求5所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，所述基于FIR数字滤波器完成对输入信号的时域卷积包括：设每个仿真
8.根据权利要求7所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，所述输出信号延迟量校正包括：从M+N-1的输出信号流中的第开始，读取为M个数据点，即可实现对延迟量的校正，提取到输出信号的有效部分。
9.一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-8任一项所述的微波光子器件S参数模型的时域表征和建模方法。
10.一种计算装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，步骤一中，需将原始s参数的模拟频率映射到数字角频率，并完成频率响应数据插值。
3.根据权利要求2所述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，所述将原始s参数的模拟频率映射到数字角频率包括：
4.根据权利要求3所述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，所述完成fir数字滤波器频率响应数据插值包括：
5.根据权利要求4所述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，其特征在于，以s21参数为例，所述完成fir数字滤波器频率响应数据插值包括如下过程：
6.根据权利要求1所述的微波光子器件s参数模型的时域表征和建模方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛菊祥，陈智源，陈智宇，孙岩，叶丰萍，熊建伟，高阳，周涛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：
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