基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太赫兹脉冲信号采样技术领域，特别涉及基于有限新息率采样理论的 太赫兹脉冲信号采样方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹电磁波在电磁波谱中所处的位置特殊，与其它电磁波相比，它在基础研宄 领域、工业领域、军事领域、生物及医学领域具有很多优越的特性和重要的应用价值。但是 目前太赫兹辐射源的功率普遍都比较低，使得对太赫兹信号的探测十分困难，因此亟需发 展高灵敏度的太赫兹探测技术。相对于太赫兹脉冲辐射的探测而言，光电导取样法和电光 取样法是两种应用最广的相干探测太赫兹脉冲信号的方法。其中，光电导取样法是基于光 导天线发射机理逆过程发展起来的一种太赫兹脉冲信号探测技术。该方法不对放置在太赫 兹光路中的光导天线加偏置电压，利用与泵浦脉冲有可调节时间延迟关系的探测脉冲对其 进行门控，通过改变探测脉冲和太赫兹脉冲之间的时间延迟来取样出太赫兹脉冲的波形。 然而，由于天线参数的限制，光电导取样只对低频太赫兹信号有较高的取样信噪比，当频率 大于几个太赫兹时，其可用性大大降低。
[0003] 电光取样分为时分电光取样和波分电光取样两种方法。前者基于线性电光效应， 探测脉冲和太赫兹脉冲同时通过电光晶体时，太赫兹脉冲电场会影响晶体折射率，使探测 脉冲偏振态发生变化，调整两种脉冲间的时间延迟，检测探测脉冲在晶体中的偏振变化可 以对太赫兹脉冲的时间波形进行取样测量。波分电光取样则是将太赫兹脉冲的时域波形一 次复制到被啁啾展宽的啁啾脉冲各频率的分量上，再通过对啁啾脉冲的光谱测量得到太赫 兹波形。然而，时分电光取样利用机械电动平移台来改变泵浦脉冲与探测脉冲间的光程差， 数据采集速率很低，不能满足对快速运动物体的时域太赫兹光谱的采样。啁啾脉冲测量技 术是频域技术，而太赫兹脉冲是在时域中调制啁啾探测脉冲的，信号在频域中被提取得到， 所以它的时间分辨率由于时间-频率关系而受到限制。此外，由于电光取样技术对激光噪 声很灵敏，对它的光路调节也相当麻烦。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法，本 发明在较低采样速率的基础上采样大带宽信号，并拓展了其可采样频率范围，简化了系统 实现的过程。
[0005] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0006] 基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法包括以下步骤：
[0007] 步骤1，获取太赫兹脉冲信号，在太赫兹脉冲信号的频谱的频率轴上每隔1/ τ取 一个频点，得出多个离散的频点，τ表示太赫兹脉冲信号的脉冲周期；将得出的离散的频 点的序号的集合中，选取2Μ+1个频点的序号，M为设定的大于1的自然数；将选取的2Μ+1 个频点的序号的集合作为频域数集I ;
[0008] 步骤2,获取频域数集I中每个序号对应的频点的单频信号，将得出的每个单频信 号分别与太赫兹脉冲信号进行混频处理，得出2M+1个混频后信号；在脉冲周期τ上对每个 混频后信号进行积分运算，得出对应的傅里叶级数系数；
[0009] 步骤3,根据步骤2的得出的2Μ+1个傅里叶级数系数，利用子空间法对太赫兹脉冲 信号的时延参数和幅度参数进行估计；根据太赫兹脉冲信号的时延参数的估计值和幅度参 数的估计值，重建出太赫兹脉冲信号。
[0010] 本发明的有益效果为：第一，本发明由于利用有限新息率理论通过幅度和时延表 示太赫兹脉冲信号，只需以高于信号新息率的速率采样，通过估计少量参数就能确定信号， 不再受到天线参数的限制，从而拓展了可采样频率的范围，同时降低了采样速率。第二，由 于本发明采用多通道采样结构，通过增加一定的系统成本而进一步大幅度降低了采样速 率。同时，与现有的通过光路调节系统相比，系统复杂度较低，较容易实现。第三，提高太赫 兹脉冲信号信噪比只需在可控方位内增加采样速率即可，无需利用传统方法中的机械斩波 器来调制泵浦脉冲，处理过程高效，同时避免增加系统实现的成本。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法的第一流 程图；
[0012] 图2为本发明的基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法的第二流 程图；
[0013] 图3为本发明实施例的频域数集的获取过程示意图；
[0014] 图4为本发明实施例的傅里叶级数系数的获取原理示意图；
[0015] 图5为重建出太赫兹脉冲信号的过程示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0017] 参照图1，为本发明的基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法的第 一流程图，参照图2,为本发明的基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法的第 二流程图；该基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法包括以下步骤：
[0018] 步骤1，获取太赫兹脉冲信号，将太赫兹脉冲信号的频谱的频率轴上每隔1/ τ取 一个频点，得出多个均匀分布的离散的频点；将得出的离散的频点的序号的集合中，选取 2Μ+1个频点的序号，将选取的2Μ+1个频点的序号的集合作为频域数集I。
[0019] 其具体步骤为：
[0020] 参照图3,为本发明实施例的频域数集的获取过程示意图。获取太赫兹脉冲信号， 将太赫兹脉冲信号的频谱的频率轴上每隔l/τ取一个频点，得出多个均匀分布的离散的 频点，τ表示太赫兹脉冲信号的脉冲周期（需要恢复信号的时间窗）。
[0021] 将太赫兹脉冲信号的频谱中能量最高值对应的频点的序号设为0,在太赫兹脉冲 信号的频谱的频率轴上，选取序号为0的频点、序号为0的频点的左侧M个频点、以及序号 为〇的频点的右侧M个频点，M为设定的大于1的自然数；