信号周期伸缩及超快串并/并串变换的方法与器件 |
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| 申请号 | CN201180052874.6 | 申请日 | 2011-11-02 | 公开(公告)号 | CN103250070B | 公开(公告)日 | 2015-11-25 |
| 申请人 | 董仕; | 发明人 | 董仕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了 信号 周期伸缩及超快速串并/并串变换的方法与器件，涉及分析及测量控制技术领域。该方法通过改变目标信号传播速度或位移反射目标信号实现拉伸或压缩此信号的周期。位移反射是通过反射板的位移与目标信号的相互作用产生多普勒频移达到周期伸缩的目的；对于可以透过介质的信号则通过改变介质的性质改变目标信号传播速度来实现周期伸缩；对于依附于 电子 流的信号则通过一个变化的 加速 场使电子束前后有不同的移动速度，实现周期伸缩。利用目标信号聚焦/扩散及 准直 透镜、 同步信号 控制器 和多个周期伸缩的器件实现信号超快速串并/并串变换。使原本无法工作于目标信号 频谱 下的器件有能 力 观测、传输、和解析原目标信号的内容。 | ||||||
| 权利要求 | 1.信号周期伸缩的方法，其特征在于：直接对外部信号源发出的目标信号进行周期拉伸或周期压缩、被伸长了周期或缩短了周期的信号就是目标信号本身；通过改变控制信号时序或斜率变化关系改变目标信号与观测者/接收者之间作用的速率，使观测者/接收者得到的目标信号的频谱/周期与信号源发出的目标信号的频谱/周期不同，从而使本来无法工作于目标信号频谱下的器件有能力观测、传输和解析原目标信号的内容； |
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| 说明书全文 | 信号周期伸缩及超快串并/并串变换的方法与器件技术领域背景技术[0002] 在我们日常生活或科学技术研究探索中，经常需要将缓慢变化的过程加快以便我们迅速了解该过程总体上发生了什么变化、或者将快速变化的过程减慢以便我们了解过程中的具体变化细节，这就是时间伸缩技术（Time stretch）。基于对时间伸缩技术的应用，比较常见的有基于窄脉冲控制信号的快速取样技术，主要用于研究爆破、核电子学、基本粒子运动特征等快速物理研究领域，以及光电信号取样示波器。然而，取样技术本身受到取样时间的约束，成为其时间分辨率的极限，对于小于此取样时间的更多细节则无力分辨、而且这些细节信息通过这种技术处理后也将大大衰减、湮没。除了信息取样技术外，还有用于时间间隔测量的测时技术，也有用到时间伸缩技术以便达到更高的时间分辨力，目前常用的方法是基于被测信号所具有的特征进行时间量到其它物理量的转换、或依赖信号建立和释放的不对称性进行间接的时间放大，前者仍然受到转换器件的响应时间限制且不直接针对源信号、而后者则不能对多个对象和更多细节作进一步的解析。 [0003] 为了进一步说明这些时间伸缩技术存在的问题，我们再具体深入几种常见技术手段加以分析。 [0004] 取样技术是目前研究快速物理领域的重要手段之一，常见的有高速摄影技术和光电取样示波器。前者主要用于给快速运动物体拍照，取样时间间隔相对较大，一般为平面图像信息（典型应用研究参见：李景镇《迈向原子时间分辨的时间放大技术》，中国科学E辑，《中国科学技术科学》2009年第39卷第12期:1887～1904ISSN:1006-9275）；后者主要用于光电子工程信号测试，取样时间间隔相对较小（一般近似为连续信号），由单条或数条通道构成（典型应用研究参见：周旋李锦林鲍秉乾《高速电光信号的捕捉和记录——微微秒光取样和高速摄影》，《电子测量技术》1984年02期ISSN:1002-7300.0.1984-02-000）。 [0005] 这两种应用必须使用时间周期很短的窄脉冲信号，它也是被测信号时间分辨力的极限。即便这样做能够实现将快速变化的物理过程缓慢显示出来以便我们了解其细节的目的，但因为它须要比被观测对象更短周期的取样信号或响应时间，从而限制了我们对高速变化对象的观测，即便被测对象的周期和取样信号（或响应时间）的周期一致、我们也无法得到被测对象的细节。因此我们也可以说基于取样技术的时间伸缩技术并不是真正的对（局部）时间进行了伸缩，因为它必须依赖周期更短的窄脉冲信号，而被观测对象的变化速率对观测者/接收者而言始终没有变，另外，这种技术是不可逆的，只能用于获取细节内容而不能实现信息压缩。 [0006] 时间转换技术常见于基于脉冲时隔测量的时间-数字转换器（TDC）、游标尺计时器、时间-幅值转换器（TAC）、延迟线编码技术和插补技术。其中， [0007] （1）插补技术是基于器件本身的固有延迟时间常数分别加上和减去信号本身的时间间隔，加大时间间隔后再辅以逻辑运算及电容充放电对其延缓放大，最终实现时间间隔放大的效果。它也可以被称之为时间间隔复制技术，脉冲时隔的比例放大仍然是利用信号路径的不对称性来实现的，这种技术并不是直接对原信号进行的时间间隔放大，中间作了多次转换，除了可用于单个时间间隔信号的测量外，并不能用于其它场合。 [0008] （2）延迟线编码技术是基于信号传输线路固有时差到达门电路、再利用同步时钟锁存信号到达各门电路的状态来实现的。这种技术只是针对降低计数时钟频率而采取的措施，本身并没有展宽被测信号的时间间隔，而是依靠门电路较短的响应时间来提高时间间隔分辨力。 [0009] （3）时间-幅值转换技术是利用信号幅值随时间变化的特性，通过测量幅值和/或相位然后再估算时间间隔的一种间接测量方法，它也是时间-数字转换器的基础。由于其本身不是直接对时间间隔的测量，依赖器件上信号幅值变化的连续性和稳定性、以及时间间隔-幅值的严格关联性才得以成立。 [0010] （4）时间-数字转换器是以时间-幅值转换为基础、再通过幅值-数字转换完成的，除了前述方法的综合应用外，还有可能利用信号建立和释放的不对称性作为时间伸缩处理的前端，如Wilkinson型时间-数字转换器（TDC），这种方法可以将时间间隔得到比例放大，但由于其本身仍然不是对时隔进行直接放大，而是依赖电荷在电容上的累积和释放过程中表现出的电特性而间接得到时间间隔放大，所以对电容及充放电电路有严格的要求，抗干扰力差。而且这种形式的时间时隔放大技术存在时间死区，不能对多目标进行有效处理（一个以上的时间间隔信号），也不能对连续变化的模拟信号进行处理。 [0011] 与时间-数字转换器相近似的还有数字视频、电影、语音解码器等也经常用到时间伸缩技术，但一方面这些信息只是对原信号的一种记载、并不代表原信号的真实内容。在更为基础的层面，这些信息在被保存时是以原信号作为控制量、去影响其它物质的状态、并由其它物质的状态来反应原信号的特征；另一方面它们通常使用的是将数字编码按不同速率进行收发的方法，数字编码（取样技术）后信号的细节部分已经丢失（受取样脉冲频率所限）。因此，它们都不能真正体现原信号执行时间伸缩处理后的实际结果。 [0012] 综上所述的各种时间伸缩技术都不能在直接处理、无响应时间约束、面向模拟信号、面向同一通道的多个时间间隔对象、可逆变换、不损失更小的信号细节方面达成很好的兼容性，多数方案并没有真正改变被观测对象与观测者/接收者的局部时间。 发明内容[0013] 本发明的目的是对离开信号源以后的目标信号直接进行周期拉伸或周期压缩、被伸长了周期或缩短了周期的信号仍然是目标信号本身，伸长或缩短的信号周期既包括了在时间上连续存在的目标信号、也包括了在时间上不连续存在目标信号的时间间隔，实现拉伸或压缩信号周期的本质是通过目标信号变速器或位移反射目标信号、去改变目标信号与观测者/接收者之间作用的速率，改变目标信号与观测者/接收者之间作用的速率是基于变速器能改变目标信号传播速度或位移反射目标信号产生多普勒频移的方式，其中变速器能改变目标信号传播速度的方式又包括使用变化的加速场改变目标信号首尾的距离、和改变介质的性质使目标信号在同一介质内以不同的速度传播。因信号在频谱变化以后其物理性质和特性可能会发生转变，一个既定周期伸缩比的方案可能必须是前面三种基本实现方式的某种结合：比如将红外线波段的电磁波转变为百兆级频率的电信号，前者的频率是电子元件无法工作的频段、而后者将会使非电子元件方案的体积大得无法投入实际产品应用，但如果以多普勒频移或受控介质作为信号周期拉伸的处理前端、再辅以电磁波-电信号转换装置、最后再由电子管进行周期拉伸，那么就可以成为一个完整而实用的信号周期拉伸方案。因此，三种基本方案在某种意义上来说又仅仅是实现周期伸缩的组成单元，这要视具体应用系统的要求来决定实现一个既定周期伸缩比的器件（组）所需的具体组合形式。 [0014] 实现原理如下： [0015] 在本发明中根据信号能与其它物体发生作用的类型不同罗列了三种基本实现方案，第一种为可被反射的目标信号；第二种为可透射于介质的目标信号；第三种为可被加速场加速的目标信号。由于我们要处理的目标信号可能是生命周期很长或到达时间不确定的信号，采用前三种基本实现方案难以满足其需要，为此本发明还提供了利用前三种方案的组合方案，即采用工作在不同时间区间且循环相邻（循环相邻是指时间安排在最后一个通道的正程工作完成时、第一个通道的正程工作已经或立即开始，且本说明书中约定正程为执行预定处理的状态<压缩或拉伸>，逆程为其相反执行状态<拉伸或压缩>。）的多个信号周期伸缩器件，对目标信号进行无间断的周期伸缩，并将在时间关系上串行化输入的目标信号分段在多路并行输出，或将多路并行输入的目标信号进行周期压缩、以及串行化交错安排后聚焦及准直在同一个通道进行输出的方法，即带有超快速行列变换的周期伸缩器件组。 [0016] 1.针对可被反射的目标信号，本发明使用了位移反射目标信号的实现方法。这种实现方法的基本原理是假设原来反射板表面与目标信号作用的速率为V1，我们将反射板沿着信号传播的方向以V（V2 2≠0)的速度移动，使目标信号在时间上越偏后的部分到达反射板表面的距离相对反射板没有移动时越远、耗时更多，则偏后被反射的部分将更加远离它之前的部分，从而使该信号的观测者/接收者得到的反射信号的速率比反射板没有移动时的作用速率要低（反射板与目标信号的作用速率相对其静止时也降低了），这可被用来拉伸信号的周期；若我们将反射板沿着信号传播方向相反的方向以V2（V2≠0)的速度移动，则目标信号在时间上越偏后的部分到达反射板表面的距离相对反射板没有移动时越近、耗时更少，偏后被反射的部分将更加接近它之前的部分，从而使该信号的观测者/接收者得到的反射信号的速率比反射板没有移动时的作用速率要高（反射板与目标信号的作用速率相对其静止时也升高了），这可被用来压缩信号周期。（即，依赖于多普勒频移这一自然规律，通过特定的实现手段，使目标信号能够产生多普勒频移、并使其频移的值达到我们预期的要求。这种应用有别于以往仅通过多普勒频移的结果去判断物体运动的速度或了解物体的运动形态——使用已知的发射频谱和得到的反射频谱去求解物体的运动特征；而本发明是利用反射板的运动速度、方位和得到的反射频谱作为已知量，去求解原目标信号的内容，而应用的重点和目的又不仅在于求解原目标信号的内容，还在于得到频谱变化这一实际结果本身：使本来无法工作于目标信号频谱下的器件有能力观测、传输、和解析原目标信号的内容；或有意得到频谱变化了的信号，尤其是频谱变化非常大时会有很多方面的应用价值，比如红外线与红光的互变换、红外线与无线电波的互变换。）。 [0017] 2.针对可透射于介质的目标信号，本发明是通过目标信号在介质内传播的过程中改变介质的特性、使目标信号传播速度发生改变，使得目标信号离开介质的速度相对其进入介质的速度不相等，使该目标信号离开介质所耗费的时间相对其进入该介质所耗费的时间发生改变，从而实现目标信号周期的伸缩。 [0018] 设在介质外周期为T、传播速度为ve的信号，其在介质外的波长为[0019] λe=ve×T [0020] 设该信号在介质中的传播速率为vm，则进入介质时波长λm为 [0021] [0022] 离开介质后的波长λ'e为 [0023] [0024] ∴λ'e=λe [0025] 即穿过介质不会影响信号原有的波长。但，如果传播信号的介质是受控的、且其传播信号的速度受控制信号的幅值/通量/流量等物理量的大小而对应变化。那么当信号在受控介质中的传播速度瞬变为vm′(vm≠vm′)时,则该信号离开受控介质后的波长为[0026] [0027] 即再次回到原来的环境时信号周期已发生改变(∵vm≠vm′∴vm÷vm′≠1)。 [0028] 如果在信号进入介质过程中或离开介质过程中连续变化受控介质的传播速度特性,则可以得到变化的周期伸缩比。在实际应用中对于很多介质而言，目标信号通过介质传播时会因为控制信号、环境噪声等因素对介质的影响导致电子云分布密度及分布结构发生变化，即便要获得固定的周期伸缩比也需要在信号进入或离开时改变控制信号、以便修正那些因素带来的非线性影响。 [0029] 3.针对可被加速场加速的目标信号，是通过逐渐加强或逐渐减弱的加速场控制信号，使得先后流经加速场的目标信号有不同的渡越速度，逐渐加强的加速场控制信号会使偏后的目标信号对象比其前面的目标信号对象有更快的渡越速度去追赶前面的目标信号对象(此为压缩信号周期),逐渐减弱的加速场控制信号会使偏后的目标信号对象比其前面的目标信号对象有更慢的渡越速度使其更加滞后于前面的目标信号对象(此为延伸信号周期)，从而实现伸缩信号周期的目的。它的关键部件包括：对目标信号具有作用力的加速器、流量控制信号发生器、加速信号发生器，其中加速器又包含有目标信号引入孔、流量控制极、加速极、引出孔或流量检测/接收器、以及目标信号流量检测修正单元、和承载/固定前述几种部件的基体所组成的一套装置来作为信号周期伸缩的器件：其中，基体也是计量其它部分位移参考的原点。流量控制极与流量控制信号发生器的输出信号相连接、加速极与加速信号发生器的输出信号相连接，目标信号按以下顺序通过加速器：自引入孔进入，先通过流量控制极、其流量与该控制信号的幅值大小成比例、且正比于原始目标信号的流量大小，被抑制流量之后的目标信号、将进入到由加速极上信号产生的加速场中，经过加速场加速后的目标信号通过引出孔引出或由检测/接收器吸收，加速场对目标信号的作用力正比于加速信号的强弱。 [0030] 当以流量形式体现的目标信号以某种初速度自引入孔进入时，由流量控制信号发生器产生的流量控制信号比例抑制进入到加速场的目标信号流量，被抑制流量后的目标信号将进入加速场，此时若加速控制信号是逐渐增强的，则偏后的信号对象比其前面的信号对象有更快的渡越速度去追赶前面的信号对象，使目标信号的周期被缩短；若加速控制信号是逐渐减弱的，则偏后的信号对象比其前面的信号对象有更慢的渡越速度使其更加滞后于前面的信号对象，使目标信号的周期被伸长。 [0031] 目标信号先后不同的部分虽然曾被不同程度的增速（或减速）,但本发明没有使用二次速度准直的反向加速器，是基于本发明针对以流量为信号大小体现方式的情形，而线性增速（或减速）引起的目标信号空间分布密度缩小（或增大）正好与速度增加（或减小）互补抵消并不会引起流量非线性变化（满足物质总量的守恒），同时也降低了硬件实现难度和制造成本。 [0032] 4.虽然前面三种技术方案均能对各自适应的信号具有周期伸缩的能力，但在信号周期很长、或信号到达时刻不确定的情况下，则单个实施例就有难以完成的技术难题或实用性很低，从而限制其适用范围。比如1)在位移反射法中，设位移反射器的在信号传播方向上的矢量变化为-1000米/秒，让其压缩周期为1秒的光信号，则使用单个实施例就要求反射器的位移距离至少不低于-1000米/秒×1秒=-1000米，这在现实中不仅难以实现，就算实现其实用价值也已不大；另外，如果再有信号到达时刻的不确定性因素在里面，就算反射器可以移动1000米而此时信号正好刚到达，那么反射器还得继续按此方向移动，而实际上我们根本就不能确定信号什么时候到达，那么就势必要求反射器一直按此方向移动。很显然这是不现实的，而且在信号源与观测者/接收者距离有限的情况下会因为两者相遇 7 而无法再做相向移动。2）在介质受控法中，如果介质受控的最大速度为10米/秒、最小速 6 度10米/秒，要对周期为1毫秒的信号进行10倍周期延伸，当介质受控响应时间为0的 6 -3 情况下介质的厚度也不得小于10米/秒×10 秒=1000米，同样存在难以实现或实用意义不大的情况。3）在速度差法中，虽然外形尺寸上不再受到完全的约束，但基于量子学原理或信号对象本身的互斥力（如电子流）信号对象也不可能在空间尺度上无限制的压缩，另外，还依赖加速场的加速信号变化范围（它的范围往往也不会很大）。为此，本发明针对生存周期很长或到达时刻不确定的信号，使用多个实施例循环工作在串行化信号不同时间区间的方法，且将多个信号周期伸缩实施例处理后的信号经过延时同步（或串行化交错延时）后并行输出（或串行输出）的方法，即本发明的超快速串并/并串变换方法。 [0033] 超快速串并变换方法具体是：首先，将目标信号通过透射扩散或反射扩散的方式分为完全相同的多路信号，将分离后的每一路目标信号分别延时或分别延时每一路信号周期伸缩器件的控制信号、使各路信号周期伸缩器件的输入正程工作时间区间两两相邻或相交并满足循环相邻，采用多个信号周期伸缩器件一一对应所述分离后的每一路目标信号进行无间断的周期拉伸处理，并将在时间关系上串行化输入的目标信号分段在各路并行输出。 [0034] 超快速并串变换方法具体是：将并行输入的目标信号通过对应其通道数的多个信号周期伸缩器件进行周期压缩处理,再将各路目标信号分别延时、或在目标信号周期还没有压缩以前直接延时各路信号周期伸缩器件的控制信号（如果目标信号是并行输入的模拟信号，则也需对其延时，延时量与该通道控制信号的延时量相同），使各路被压缩后的目标信号在空间前后上或时间前后上两两相邻；然后通过透射聚焦或反射聚焦、再进行路径准直的方式将各路信号汇集在同一个传输通道中进行输出。 [0035] 基于发明的上述技术原理，本发明采用了如下的技术实施方案： [0036] 1.位移反射信号的周期伸缩器件,关键部件包括：基体(基体也是计量其它部分位移参考的原点)，基体内含一个谐振腔、两个反射板、两个换能器(当控制信号是直接作用反射板产生位移的信号时换能器不是必须的)、两个控制信号连接头，在基体上开有两个孔分别为目标信号引入孔和目标信号引出孔；在谐振腔内的安排顺序从左到右顺次为左控制信号连接头、左换能器、左反射板、谐振腔、右反射板、右换能器、右控制信号连接头；另外本器件在工作时还需一个控制信号发生器和连接控制信号的连接线，控制信号发生器通过控制信号连接线与基体内的两个控制信号连接头连接。控制信号发生器能够在目标信号将要到达反射板表面时，正好输出使反射板产生预定位移的控制信号。其中，当需要拉伸目标信号的周期时，输出让反射板产生顺向（同目标信号传播方向）位移的控制信号；当需要压缩目标信号的周期时，输出让反射板产生逆向（与目标信号传播方向相反）位移的控制信号。根据单位时间内该矢量的变化大小正比于伸长/缩短目标信号周期的比例来决定控制信号强-弱变化的斜率；为了简化后续信号频谱的解析复原工作，信号发生器与换能器的最终作用结果、应正好是使反射板在伸缩目标信号周期时产生匀速运动的状态。 [0037] 针对处理目标信号的需要，事先调整好基体的方位以便目标信号能够到达反射板表面、且当反射板产生相对位移时能有目标信号传播方向上的矢量变化。当目标信号将要到达反射板表面时、由该套装置的控制信号发生器产生相应的控制信号，并由换能器把这个控制信号转换成反射板的位移量，通过反射板在目标信号传播方向上有矢量变化的位移对目标信号的作用，使目标信号的周期被伸长或缩短。 [0038] 目标信号源发出目标信号在本装置内实现信号周期伸缩功能的具体步骤如下： [0039] （1）目标信号从目标信号引入孔进入谐振腔； [0040] （2）在本装置的谐振腔内利用两个反射板位移反射目标信号的方式改变目标信号的周期长度； [0041] （3）经过多次位移反射后得到周期已经伸长或缩短的目标信号，从目标信号引出孔引出。 [0042] 需要说明的是，本位移反射信号的周期伸缩器件并非必须包含控制信号发生器，在不包含控制信号发生器时本器件工作需外接该控制信号发生器。 [0043] 2.介质受控的信号周期伸缩的器件，它的关键部件包括:基体Ⅱ，所述基体Ⅱ内含两个反射板和一个谐振腔，在谐振腔的中间还有一传播目标信号的速度正比或反比于外加控制信号幅值/通量/流量等物理量大小的介质，受控介质左右端面用于透射目标信号、上下端面安装有两个换能器用于将控制信号发生器输出的控制信号按幅值/通量/流量大小等物理量转变为对介质的控制物理量，和两个连接头；在基体上开有两个孔分别为目标信号引入孔Ⅱ和目标信号引出孔Ⅱ；另外本器件在工作时还需一个控制信号发生器Ⅱ和两路控制信号连接线，控制信号连接线用于将控制信号输出到换能器的连接头上。控制信号发生器能够在目标信号进入受控介质但还未离开前，输出使介质产生预定性质变化的信号强度、使目标信号在介质内传播变为与之前不同的速度。其中，当需要拉伸目标信号的周期时，控制信号使介质传播目标信号的速度减慢；当需要压缩目标信号的周期时，控制信号使介质传播目标信号的速度加快。根据目标信号在进入介质时与离开介质时速度的比值正比于伸长/缩短目标信号周期的比例来决定控制信号强-弱变化的幅值。 [0044] 目标信号源Ⅱ发出目标信号在本装置内实现周期信号伸缩功能的具体步骤如下： [0045] （1）目标信号从目标信号引入孔Ⅱ进入谐振腔； [0046] （2）适时的改变目标信号所透过的受控介质的性质,使目标信号每次穿越介质时被拉伸或缩短，从而实现改变目标信号周期的目的； [0047] （3）经过多次拉伸或压缩的目标信号，从目标信号引出孔Ⅱ（28）引出。 [0048] 所述受控介质的出射与入射界面与两反射板的反射面互相保持平行，受控介质到两反射板的距离分别为L1、L2，其中 [0049] [0050] 式中ve为在受控介质外目标信号的速度，tm为目标信号穿过受控介质的时间（目标信号最长的周期不得大于tm，控制信号的基波周期等于目标信号从离开介质到反射回来后再次穿过介质所消耗的时间）。 [0051] 需要特别说明的是：当介质就是控制信号、或介质能够直接响应控制信号时换能器不是必须的，在不需要换能器的情况下控制信号发生器输出的控制信号通过连接器引入到所述介质上即可，所述连接器对于电信号而言是指将控制信号发生器输出的控制信号送达受控介质内部或表面连接线头和焊盘、其驳接工艺能够使受控介质响应控制信号；而对于场信号而言此连接器只要能够传递控制信号到介质附近、使介质能够接收到控制信号即可，不必与介质有实际接触。本受控介质的周期伸缩器件并非必须包含控制信号发生器Ⅱ，在不包含控制信号发生器Ⅱ时在本器件工作时外接该控制信号发生器Ⅱ即可。 [0052] 3.电子枪式的信号周期伸缩的器件，其部件构成包括：高压电源及锯齿波信号发生器（相当于加速信号发生器）、电子流检测与修正及同步电路（相当于流量控制信号发生器及目标信号流量检测修正单元）、电子真空管（相当于加速器），其中：目标信号源Ⅲ的一端接公共地另一端连接电子真空管的阴极（相当于目标信号引入孔）；高压电源及锯齿波信号发生器一端接公共地，另输出加速信号G2连接到电子真空管加速极、输出高压信号HV连接到高压阳极，其同步信号线还与所述电子流检测与修正及同步电路连接；电子流检测与修正及同步电路一端接公共地，另输出流量控制信号G1连接到电子真空管栅极（相当于流量控制极），还有一路信号连接线与电子管的靶极（相当于流量检测/接收器）连接，电子管的靶极用于吸收从阴极发射出来的电子，所述电子流检测与修正及同步电路还引出两路信号线，一路为同步信号线，另一路为被伸缩的目标信号输出线； [0053] 其具体工作步骤如下： [0054] （1）目标信号源Ⅲ产生的目标信号通过信号连接线连接到电子真空管的阴极，在电子管阳极高压的吸引作用下形成自阴极流向靶极的电子束流，受阴-栅偏压的影响电子束流的大小除了与原始流量大小成比例外还将正比于栅极电压的强弱； [0055] （2）自阴极开始发射包含信号的电子束流以后，逐渐升高或逐渐降低加速极的电压，使得不同时间进入加速场的电子获得不同的渡越速度。 [0056] （3）电子束流抵达阳极时因获得了足够的动量，将穿越阳极的中心孔到达靶极； [0057] （4）电子束流到达靶极以后，寄生于该电子束流内的信号已被伸缩，经由电子流检测与修正及同步电路检测及修正后，由目标信号输出信号线输出。 [0058] 4.超快速串并/并串变换的器件包括若干个有效性选择器（该选择器可由后续电路实现，不是本超快速串并/并串变换的器件必要部件），若干个前述的信号周期伸缩器件，若干个信号延时器（如果通过外部控制信号发生器直接延迟每一路控制信号使各路周期伸缩器件工作的起止时间不同、则无需目标信号延时器），目标信号串并/并串变换装置（例如，目标信号聚焦/扩散及准直透镜）和外部控制信号发生器，其中所述有效性选择器、信号周期伸缩的器件、信号延时器串联，再与以相同形式串联的器件组并联后连接目标信号串并/并串变换装置，外部控制信号发生器连接有效性选择器和信号周期伸缩的器件。 [0059] 有益效果及应用领域 [0060] 由于本发明改变了目标信号与观测者/接收者之间作用的速率，被伸长或缩短了周期的目标信号对于观测者/接收者而言同信号源直接发出这一速率和生命周期的信号是完全一致的，而观测者/接收者本身并不能确定获取的信号是被伸缩了的信号还是信号源发出了这一频谱/周期的信号； [0061] 本发明的所有方案均可通过改变控制信号时序或斜率变化关系就能轻易的实现逆变换；均使用模拟技术，不损失信号细节，对于不连续存在信号的时间间隔信号也具有同样的伸缩处理功能；第一套和第二套方案还能有效解决自身的响应时间问题（仅依赖于材质分子级、原子级、或基本粒子级的特性），从而完全隔离了前端信号与后端器件响应时间的匹配和约束问题。针对原始信号直接进行周期伸缩还可用于频谱发生性质变化的场合（例如，将微波压缩为红外线、将紫光压缩为紫外线等，或者它们的逆变换）； [0062] 本发明的超快速串并变换技术，可以使并行输出的信号变化速率仍然达到现有光电子器件的极限速率；本发明的超快速并串变换技术，可把已经是光电子器件极限速率的信号进一步压缩，用以产生更高密度的信号。基于本发明的这些特性，可应用于测时学提高测时器的时间分辨力；可用于实现超快速的测量分析；可用于制作频谱转移镜头或频谱转移镜片，如红外可视眼镜、红移/蓝移镜头等产品；基于信号细节特征应用的精密测量系统；大大提高现有通信系统的带宽；以及高速信号取样技术（如取样示波器的探头）及高速摄影，可为核物理研究领域捕获极高速运动的电子、质子或其它微观粒子的动态运动特征等方面提供了可行的技术途径。以及光电子器件的响应时间不及目标信号变化速率的场合等。附图说明 [0063] 图1是本发明的双面位移反射实施例； [0064] 图2是本发明的透射介质受控实施例； [0065] 图3是本发明的电子枪实施例； [0066] 图4是本发明的超快速串并/并串变换实施例； [0067] 图5是双面位移反射实施例的基本规格参量； [0068] 图6是双面位移反射实施例的工作时序状态一; [0069] 图7是双面位移反射实施例的工作时序状态二; [0070] 图8是双面位移反射实施例的工作时序状态三; [0071] 图9是双面位移反射实施例的工作时序状态四; [0072] 图10是透射介质受控实施例的工作时序状态一; [0073] 图11是透射介质受控实施例的工作时序状态二; [0074] 图12是透射介质受控实施例的工作时序状态三; [0075] 图13是透射介质受控实施例的工作时序状态四; [0076] 图14是电子枪实施例的工作时序状态图; [0077] 图15是超快速并串变换实施例的工作时序状态图; [0078] 图16是超快速串并变换实施例的工作时序状态图。 [0079] 图1中：1-控制信号发生器；2-目标信号源；3-目标信号引入孔；4-左反射板；5-左控制信号连接线；6-左换能器；7-左控制信号连接头；8-目标信号引出孔；9-右控制信号连接头；10-右换能器；11-右反射板；12-右控制信号连接线；13-基体；14-谐振腔； [0080] 图2中：21-控制信号发生器Ⅱ；22-目标信号源Ⅱ；23-目标信号引入孔Ⅱ；24-左反射板Ⅱ；25-上控制信号连接线；26-上换能器；27-上控制信号连接头；28-目标信号引出孔Ⅱ；29-下控制信号连接头；30-下换能器31-右反射板Ⅱ；32-下控制信号连接线；33-基体Ⅱ；34-受控介质； [0081] 图3中：41-目标信号源Ⅲ；42-目标信号连接线；43-加速信号连接线；44-电子真空管加速极；45-电子真空管栅极；46-电子真空管阴极；47-电子真空管；48-高压阳极；49-电子吸收靶极；50-阳极高压连接线；51-靶极电流输出信号线；52-栅极控制信号连接线；53-目标信号输出线；54-同步信号线；55-公共地；56-电子流检测与修正及同步电路； 57-同步信号线Ⅱ；58-高压电源及锯齿波信号发生器； [0082] 图4中；61-目标信号输出线或目标信号输入线；62、63-目标信号聚焦/扩散及准直透镜；64-第一信道信号时刻四；65-第二信道信号时刻四；66-第三信道信号时刻四；67-延时器Ⅰ；68-第一信道信号时刻三；69-信号周期伸缩器件Ⅰ；70-第一信道信号时刻二；71-有效性选择器Ⅰ；72-第一信道信号时刻一；73-第二信道信号时刻一；74-有效性选择器Ⅱ；75-第二信道信号时刻二；76-信号周期伸缩器件Ⅱ；77-第二信道信号时刻三； 78-延时器Ⅱ；79-延时器Ⅲ；80-第三信道信号时刻三；81-信号周期伸缩器件Ⅲ；82-第三信道信号时刻二；83-有效性选择器Ⅲ；84-第三信道信号时刻一；85-同步信号控制器。 具体实施方式[0083] 下面结合附图做进一步说明。 [0084] 参见图1，控制信号发生器1产生一个运动控制信号，使目标信号将要到达反射板表面时，正好输出使左反射板4或右反射板11产生预定位移的控制信号。当需要拉伸目标信号的周期时，输出让左反射板4或右反射板11产生同目标信号传播方向位移的控制信号；当需要压缩目标信号的周期时，输出让左反射板4或右反射板11产生与目标信号传播方向相反位移的控制信号；根据单位时间内该矢量的变化大小正比于预期拉伸/压缩目标信号周期的比例来决定控制信号发生器1输出控制信号的强-弱变化斜率，为了使目标信号有较小的非线性频谱转移，控制信号发生器1与左换能器6和右换能器10的最终作用结果、应正好是使左反射板4或右反射板11在伸缩信号周期时产生匀速运动的状态。左控制信号连接线5和右控制信号连接线12上的信号并不要求完全对称，但控制信号基波的周期需要与目标信号首部到达对立面反射板所要经过的时间一致、以便经过数次反射后仍然是对目标信号的执行相同操作（始终压缩或始终拉伸）。左换能器6和右换能器10的作用是将控制信号发生器1输出的控制信号转换为左反射板4或右反射板11实际物理运动的部件，也可以是直接发生在控制信号与反射板之间，如电场信号对等离子体的作用，左换能器6和右换能器10能够成比例的对应控制信号强弱推动左反射板4或右反射板11产生相应位移。且反射板的方位应使得入射波与反射板法线的角度即入射角α，取值为0°<α<90°，以免信号被原路返回或不能进行多次拉伸或压缩，如果需要很多次反射则α不能太大，反射波偏离法线的平移方向必须是逐渐接近目标信号引出孔8的方向，以便经过反射后的目标信号逐渐靠近目标信号引出孔8并在到达目标信号引出孔8时完全导出、而不会使信号始终在谐振器里面反射、吸收或发生干涉作用。 [0085] 参见图5，对本实施例的参数确定步骤如下（以拉伸信号周期为例）： [0086] 本实施例的实现目标是比例拉伸或压缩目标信号的周期，那么拉伸或压缩目标信号周期的比例（也就是应用系统对本实施例的基本要求）为已知量设其为KN,其中N表示目标信号被反射次数，该量的确立是由反射板的运动速度和预期伸缩比决定的。反射板的运动速度又取决于反射板的质量和换能器的响应时间和力转换能力F，设这两者已经被具体的材料和换能器确定。 [0087] 设目标信号的传播速度为固定不变的速度U，左反射板4或右反射板11在入射波的法线方向作径向对称往复式运动（振幅与时间的关系为三角波，但不限于仅为三角波；逆程时间越短则本器件能处理目标信号的周期越长、但不会超过目标信号经过两反射板最小距离（拉伸信号周期时）的两倍所花的时间）、相对基体13的速度为v，信号首次从目标信号引入孔3引入，将要抵达右反射板11时，右反射板11应在RRL的位置，周期为T的信号首部在t1时间点抵达反射板表面，此时若反射板不动，那么经过时间T后的时间点t2将是信号尾部抵达右反射板11的时间点，而这里右反射板11在信号传播方向有顺向位移，那么信号尾部实际到达右反射板11的时间将是t3（t3>t2）;在经过右反射板11反射后的信号首部将要抵达左反射板4时，左反射4应在RLR的位置，那么此时信号首部自右反射板11到达左反射板4经过的时间TUmin为： [0088] 按实现原理的要求，在拉伸信号周期过程中自信号抵达左反射板4以后左反射板4应该向RLL移动，那么此信号尾部从右反射板11抵达左反射板4的时间将为T+2(t3-t2)，再次反射从左反射板4到右反射板11时间将会是T+3(t3-t2)……直到经过N次反射后 [0089] [0090] 此时则必须引出目标信号或停止反射板运动，否则会因为拉伸\压缩状态交叠而出错（边界将被反向处理）。即，在对称往复式振动条件下必须满足 [0091] [0092] 在非对称往复式振动条件下，正程所占一个控制信号周期的比例会使这一关系发生变化，设正程占空比为k,则必须满足 [0093] [0094] 也就是说振动板的距离能够决定特定工作模式、特定速度目标信号的最大周期长度Tmax（拉伸信号周期为输出信号的最大周期长度，压缩信号周期为输入信号的最大周期长度）；如果要使特定距离的两振动板伸缩更长周期的信号，除了提高正程占空比以外，还有降低目标信号的速度的办法，一般我们可以使用高折光率的介质来实现这一目的。本关系式仅适用于目标信号每一次的传播路径具有同样的物理性质。 [0095] 以图1而言的信号周期伸缩比 [0096] [0097] 由此关系式我们可以根据反射板可以移动的速度和入射角α哪一个受限制更大再来决定另外一个参量的范围。由于目标信号的速度U的改变涉及到推动介质运动，将不作为首选，除非U的改变不影响换能器、反射板的振动性能和干扰目标信号。入射角α和反射板引入孔到引出孔的平移距离（H）还能决定反射的次数N [0098] 其中Tmax为目标信号的最大周期（拉伸信号周期时为输出周期，压缩信号周期时为输入周期），所以调整入射角的时候必须一并决定引入孔距离引出孔的位置和反射的次数确 定了入射角、目标信号的最大周期和反射板 的移动速度后，待处理的目标信号周期长度也可以决定左反射板4到右反射板11的距离，其中左反射板4到右反射板11的最小距离 [0099] [0100] 最大距离 [0101] [0102] 一般而言，在拉伸信号周期的情况下，无论信号的首部是否真的存在目标信号，但它的时刻将作为本实施例的初相位参考量，并由它决定本实施例左反射板4到右反射板11的最小距离、以及控制信号的基波周期Tc [0103] [0104] 式中：dL表示左反射板4移动的位移量，dR表示右反射板11移动的位移量。 [0105] 以上参数确立过程仅针对拉伸信号周期的典型算法和推演步骤，实际工程应用中参数确立的过程并不是唯一的；参数确立过程仅针对固定的伸缩比值而言，如果还受限于材料或环境方面的影响，还需要进一步细化已知量的受限范围来确定本实施例的工程参数最佳范围。压缩信号周期的参数确立过程与此类似，参数确立是本实施例的逆变换，本节不再赘述。 [0106] 参见图2，受控介质34的两个透射界面需要与左反射板Ⅱ24和右反射板Ⅱ31的反射面相互保持平行、且距离（L1、L2且L1=L2）应大于目标信号在受控介质34中传播的时间与目标信号在受控介质34外传播速度之积的二分之一（被反射板反射前和反射后所经过的路径、其物理性质完全相同的情况下，否则应为全程路径之积），设在受控介质外信号的传播速度为ve，目标信号穿过介质的时间为tm，则 [0107] [0108] 设受控介质外信号的波长为λe，在介质中传播的速度为vm、波长为λm，介质厚度为d，两反射面的距离为L，则该实施例控制信号基波周期必须是tm+(L-d)/ve，以便经过数次反射后仍然是对目标信号的执行相同操作（始终压缩或始终拉伸）。较低的vm、ve有利于处理更长周期的目标信号，但却受限于受控介质驻留信号的密度、介质密度、电子云分布结构等因素往往不能有太低的vm，此时则需要加大介质厚度d以及两边的间隙（L1、L2）。 [0109] 当目标信号源22某一时刻发出信号，通过目标信号引入孔Ⅱ23后波长为λe以ve的速度传播的目标信号在t0时刻抵达受控介质34左表面时，如果目标信号源22发出信号的时间可知或可控的情况下，由该套装置的控制信号发生器Ⅱ21产生指定物理量（如幅值、通量、流量等）特定强弱的控制信号，该信号的实际大小由受控介质34的转变率以及与其需要伸缩的范围决定，并经过上控制信号连接线25、下控制信号连接线32传输给上控制信号连接头27和下控制信号连接头29，上换能器26和下换能器30在此信号下将转变其能量形式为受控介质34的传播速度特性；当t1时刻目标信号尾部也完全进入介质时（此时在受控介质34中传播的速度为vm、波长为λm）、再由该套装置的控制信号发生器Ⅱ21产生与之前强弱不同的另一控制信号、并在目标信号离开介质时保持不变，使得这一目标信号离开介质时的速度为vm’，在拉伸信号周期过程中vm’ [0111] 那么，多次穿越受控介质并受同样控制状态的周期伸缩比 [0112] [0113] 上述提到的反射板可以为一面镀银（作为反射功能之用）的压电陶瓷，所述的可控介质可以但不限于是等离子体或者铌酸锂，所述换能器可以为将控制电信号转化为位移变化或者将控制电信号转化为电磁力或静电场力去影响介质的特性。 [0114] 为了进一步增强对目标信号周期压缩/拉伸的效果，可以将上述受控介质的信号周期伸缩的器件与位移反射信号周期伸缩器件的器件结合起来，具体是：在受控介质的信号周期伸缩的器件基础上增设控制信号发生器1和连接控制信号的左、右连接线5、12，控制信号发生器1通过左控制信号连接线5与左控制信号连接头7连接、通过右控制信号连接线12与右控制信号连接头9连接；所述左、右换能器6、10用于将左、右控制信号连接头7、9上的控制信号按幅值/通量/流量大小成比例的转变为控制反射板位移量的信号。 [0115] 需要说明的是，本实施例中的周期伸缩器件并非必须包含控制信号发生器Ⅰ及控制信号发生器Ⅱ，在不包含所述控制信号发生器时本器件工作需外接所述控制信号发生器。 [0116] 参见图3，本实施例是速度差法的具体实施应用，是基于电子与电场的相互作用作为本方案实施的基础依据。 [0117] 设阴极到靶极的距离为L，给定加速极的电压是逐渐减弱的，则电子所受之加速度a=qU/mD（D为加速极到阴极间的距离，m为电子质量）将是变化的，先后从阴极发射的电子经过同样时间的加速、获得的实际速度 和渡越时间t=L/v也将不同。当我们给定加速极的电压是逐渐增强的，则偏后发射的电子会因为得到更大的速度去追赶前面的电子而使整个信号的周期被压缩；当我们给定加速极的电压是逐渐减弱的，则偏后发射的电子会因为更低的速度而进一步落后于前面的电子而使整个信号的周期被拉伸。设最初发射的电子获得的速度是vstart，最后发射的电子获得的速度是vend，最初发射的电子距最后发射的电子的时间间隔为T0，则其获得线性加速或线性减速电后的时间增益为 [0118] [0119] 在对电子束流作线性（递增量或递减量）加速时，虽然电子束流前后的电子具有的速度不同，但因为加速（减速）会使电子空间分布密度降低（升高），两者互补因此也无需再做电子束流速度准直修正，简化了系统结构和总体硬件开销。 [0120] 参见图4，超快速串并/并串的周期伸缩器件组，包括一个目标信号串并/并串变换装置，目标信号串并/并串变换装置之后在沿各路并行目标信号方向均顺序设置一个信号周期伸缩器件，多个信号周期伸缩器件的一端作为目标信号接口用于并行输入/输出目标信号，另一端并行连接到目标信号串并/并串变换装置。 [0121] 超快速串并/并串变换必须要实现各通道工作时间区间的串行化交错安排，可使用延时传输同步（串行化交错）、直接调节控制信号相位差等方法，本实施例采用了延时各路信号周期伸缩器件控制信号的方法,但实现方式并不限于仅使用此方法。本实施例使用了三个通道（CH1\CH2\CH3）的组合模式，每个通道各占1/3的工作周期且循环相邻。无论使用几个通道，要完成对信号的不间断伸缩处理，就必需使各个通道的有效工作时间区间相邻或相交（压缩信号时输出信号的周期不能相交）、直到任务结束。本实施例处于对称工作状态且绝对相邻仅仅是为了便于简化描述其工作过程，并不作为组合模式的工作限定，可根据实际情况工作于不完全对称、有效工作时间区间相交、不同的正程逆程比等状态。 [0122] 现以目标信号延伸为例介绍超快速串并/并串的周期伸缩器件组的工作原理：超快速串并/并串的周期伸缩器件组工作在串并模式时，目标信号分配并不是分段分割分配给每个通道，而是把同一目标信号经过目标信号串并/并串变换装置分离为若干完全相同的目标信号输出给各个信号周期拉伸器件，外部控制信号发生器向各信号周期伸缩器件提供不同时延的控制信号，使各路信号周期伸缩器件对不同时间区间的目标信号进行拉伸处理，由于各路信号周期伸缩器件的正程工作区间又是两两相邻或相交并满足循环相邻的，因此可以无间断的拉伸目标信号周期，拉伸处理后各个通道都有被压缩和被拉伸的两种类型组合信号，我们这里可以使用选择器或低通滤波器选择出被拉伸的那部分信号作为输出信号，由于这些信号是在原始信号分段分配的、且已被拉伸，因此它们的总周期是大于原信号的，并行输出只是为了实现普通电子器件的传输或测量，信号内容的原始频谱和时序信息还需要对分段分配并行传输的信号进行频谱和时序逆变换，这里所指的逆变换只作为值运算或分析用的虚拟变换，而物理逆变换因为要进行频谱还原（但若以信号本身的周期作为相对时间参考量则信号变化曲线和相对频谱是没有任何变化的），而还原了频谱则普通器件的工作速度是达不到要求的；而如果不进行频谱还原，那么由于信号周期被拉伸，那么将需要更长的时间才能输出整个原信号的所有信息。所以使用分段并行输出可以节省信号输出的时间。 [0123] 超快速串并/并串的周期伸缩器件组工作在并串模式时，目标信号经过各个信号周期伸缩器件压缩、延时后，不同通道的目标信号通过目标信号串并/并串变换装置汇集在同一传输路径中，各个延时器的延时应该满足不同通道的目标信号汇集在同一传输路径后不会混叠，且不同通道的目标信号汇集并没有高速器件（本实施例采用光学聚焦及准直的办法进行串行化信号排列，同时这样的结构也能实现扩散串行信号到多路信号通道的功能）直接参与信号的合成控制。使用这种组合的目的，既满足了较低频率下波序列的利用率问题，又满足了较高频率下波序列的控制问题，从而使单通道的数据传输速率大大提高。 [0124] 所述目标信号串并/并串变换装置当目标信号为电磁波时，聚焦及准直可使用透镜或曲面反射镜，当目标信号为电子时，可使用电子透镜。所述延时器当目标信号为光波时，可以是玻璃但不限于是玻璃，当目标信号为电子或电信号时，可以使用传输线进行路径延时（即传播距离不相等）。所述选择器当目标信号为光波时，可以是分色镜或分光镜，当目标信号为电子时，使用低通滤波器或直接利用器件最短响应时间的办法。 [0125] 本说明书中所举实施例的信号及其表达的形式不代表是对本发明所泛指的信号的约束和限制，但本发明所针对目标信号的最高频率成分是大于100MHZ或信号在真空\空气中的速度大于10千米/秒的目标信号；本发明所指的信号可以是光信号、可以是电信号、可以是电场力信号、可以是其它基本力信号、可以是寄生于任何实物粒子的信号等；在存在形式上可以是周期信号、可以是非周期信号、可以是连续变化的信号、可以是离散存在的信号等，在传输路径的截面可以是点状的单路信号、也可以是无穷多路的面状信号或条状信号等；本发明的控制信号也不单指电信号，它也可以是诸如电磁力等其它类型的信号；本发明的应用领域也不特指和限于信号处理和传输，它也包括本说明书中没有举例说明的核物理研究、信号取样技术、高速摄像机、雷达、粒子物理研究、新物质的人工合成、光速研究、频谱转移镜头或影像变速镜片、信号合成、高能射线的人工合成等所有基于对源信号直接进行频谱变换后应用的所有领域；本说明书所举的具体实施方式也不作为对本发明实现手段的约束和限制，本发明的实现手段可以扩展到基于本说明书中发明原理构思的任何组成和实施方式，在信号周期伸缩器件之间的连接关系也可以是并联、可以是串联、可以是不同种类的信号周期伸缩器件进行连接。 |
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