CN106230516B - 基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微波光子的雷达通信对抗一体化设计，包括系统光源、发射和接收端可调滤波模块、任意波形产生模块、发射和接收端调制器模块、光功率放大器模块、系统延时模块、发射和接收端端探测模块、微波天线模块、通道接收/直采接收模块、以及微处理器模块等。系统通过参数配置和芯片配置可以实现雷达探测、数字通信以及电子对抗三种信息系统的功能切换。通过任意波形产生模块可以产生用于三种系统的模拟信号或者数字信号。系统包含发射回路和接收回路，两者均采用相同的光源，确保了系统的相参性。同时在光子领域对微波信号进行处理，具有高带宽、低噪声性能的优点。本系统可以实现信息系统的功能化集成，提高系统的环境适应性和可重构性，可广泛用于超宽带雷达、数字通信以及电子对抗等信息技术领域。

Description

基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统
技术领域
本发明涉及光子信息处理技术领域，具体是一种基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统。
背景技术
伴随着雷达系统的应用需求的多样化发展，雷达系统的探测环境趋于复杂化，探测模式趋于多样化，多种功能趋于一体化。在传统的雷达设计中，硬件和相应功能绑定，在设备维护、功能扩展与系统升级等方面存在较大困难，大量的重复设计也造成了资源的浪费。另一方面，随着雷达系统工作频段和带宽的不断提高，传统的电子技术已逐渐接近“电子瓶颈”极限。微波光子技术作为提升雷达带宽、速度以及分辨率等性能的重要技术，在相关领域中逐渐得到越来越多的重视。P.Ghelfi等人利用一台锁模激光器作为系统光源，同时完成了雷达系统中的反射端微波信号产生和接收端光子信息处理，实现了基于全光子的雷达系统[P.Ghelfi,F.Laghezza,F.Scotti,G.Serafino,A.Capria,S.Pinna,D.Onori,C.Porzi,M.Scaffardi,A.Malacarne,V.Vercesi,E.Lazzeri,and A.Bogoni,“A fullyphotonics-based coherent radar system,”Nature,507(7492),341-345(2014).]。
同时，对于数字通信系统而言，具有与处理模拟信号的雷达探测系统类似的架构，而在对抗系统中，需要系统接收端接收对方的信号，再根据处理后的信息发射相应的对抗信号，因此对抗系统中需要处理模拟或者数字的信号。从对三种信息系统的比较可以看出，三者都包含反射回路和接收回路，具有硬件方面的兼容性，因此对三个系统进行一体化设计不仅可以提高信息系统对环境的适应能力，还可以保证系统的软件化以至于智能化发展，因此，结合微波光子技术在大带宽、高速率等方面的优势，对雷达系统、数字通信系统以及电子对抗系统的一体化设计对集成化、小型化信息系统具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统，包含三种工作模式：雷达模式，即发射回路产生超宽带雷达信号发射后，由接收回路进行特性提取；通信模式，即发射回路产生超高速数字信号发射后，由接收回路进行解调和信息提取；对抗模式，即接收回路侦测超高速、超宽带对方信号后，由发射回路产生干扰信号发射。对于同一款系统级芯片，采用可集成的光源作为系统光源，根据系统对雷达、通信以及电子对抗三种信息系统的不同功能需求，结合可调滤波模块实现系统载波可调。设定任意波形产生模块的输出，产生对应的探测信号或干扰信号，同时配置信号功率以及延时等条件实现系统发射回路，经过微波天线接入接收回路，发射回路与接收回路使用相同光源，确保系统相参性，经过与发射回路功能相匹配的电光调制实现光子信息处理或者直采接收，再经过探测器转换为微处理器可处理的低速信号，从而实现微波光子系统的雷达通信对抗一体化。
本发明的技术方案如下：
一种基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统，包括系统光源、发射端可调滤波模块、任意波形产生模块、发射端调制模块，发射端光功率放大模块、发射端探测器、微波天线模块、接收端调制模块、接收端可调滤波模块、通道接收/直采接收模块、接收端探测器和微处理模块；
所述系统光源的光源频谱经所述发射端可调滤波模块生成载波信号传输到所述发射端调制模块，所述系统光源经任意波形产生模块产生模拟或数字信号，该模拟或数字信号经所述发射端调制模块调制到载波信号上后再经所述发射端光功率放大模块进行功率放大，放大后的信号经所述发射端探测器转换为微波信号由所述微波天线模块发射和接收，接收到的微波信号经所述接收端调制模块调制到载波信号上后，依次经所述接收端可调滤波模块、通道接收/直采接收模块和接收端探测器将光信号转换为电信号传输到所述微处理模块，该微处理模块根据接收的信息发送控制信号给任意波形产生模块。
所述的系统光源用于产生发射回路的载波信号、任意波形以及接收回路载波信号，保证系统的相参性。可采用但不限于连续或者脉冲激光器，光纤、固体以及片上激光器等。
所述的发射端可调滤波模块用于产生对应于雷达、通信以及电子对抗三种信息系统功能需求的载波信号。
所述的任意波形产生模块用于产生对应于不同信息系统功能需求的调制信号，包括用于雷达的模拟调制信号、用于通信的数字调制信号以及用于电子对抗的模拟/数字信号。所述的任意波形产生模块可采用但不限于直调或时间-波长映射等方式。
所述的发射端调制器模块用于将所述的任意波形产生模块生成的信号调制到所述的可调滤波器模块产生的载波上，可以为幅度调制，也可以为相位调制等电光调制方式。
所述的光放大器模块用于对所述的发射端调制器模块产生的调制信号进行功率补偿，以满足不同信息系统功能的需求。
所述的可调延时模块用于对所述的发射端调制器模块产生的调制信号进行相应的时间参数配置，以实现系统对相控阵天线发射和接收的需求。
所述的发射端探测器用于将按不同信息系统功能需求生成的光信号转换为微波信号，以实现雷达探测、数字通信或者电子对抗。
所述的微波天线用于收发雷达探测、数字通信或者电子对抗三种信息系统中的微波信号。
所述的接收端调制器用于将所述的微波天线接收到的信号调制到系统光源上，以实现光子领域的信息处理。
所述的接收端可调滤波器模块用于将被调制的接收信息按照与发射端功能一致需求进行滤波处理，以实现对接收信号的高性能分析。
所述的用于将所述的接收端可调滤波器模块滤波后的信号进行时域/频域上的分割，从而实现多通道信息接收，或者进行直接采集。
所述的接收端探测器模块用于将所述的通道接收或直采模块产生的多路或者一路光信号转换为电信号。
该系统有三种工作模式：
雷达模式：即发射回路产生超宽带雷达信号发射后，由接收回路进行特性提取；
通信模式：即发射回路产生超高速数字信号发射后，由接收回路进行解调和信息提取；
对抗模式：即接收回路侦测超高速、超宽带对方信号后，由发射回路产生干扰信号发射。
所述微处理器模块对任意波形产生模块进行控制，
所述的微处理器模块用于实现所述的接收端探测器模块产生的多路或一路电信号的采集、量化以及处理，并实现对所述任意波形产生模块波形产生的控制使任意波形产生模块产生对应于三种模式的调制信号，从而完成相应的工作模式的选择。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过配置系统中相应模块可以实现雷达探测、数字通信以及电子对抗三种信息系统功能的切换，实现一体化设计。
2、系统发射端与接收端采用统一光源，保证了系统具有较高的相参性，便于提升系统性能。
3、结合微波光子技术对发射端和接收端的信息进行处理，具有大带宽、低相噪的优势。
通过研究基于微波光子的雷达通信对抗一体化技术，可以实现信息系统的功能化集成，提高系统的环境适应性和可重构性，具有十分重要的研究意义。
附图说明
图1为本发明实施例的整体架构图
图2为本发明中三种工作模式选择流程图
图3为本发明中相控阵天线示意图，其中，(a)为系统发射回路多路延时产生示意图，(b)为多路探测器以及天线阵列示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的一个具体实施例子。本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中如图1所示，基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统包括系统光源1、发射端可调滤波模块2、任意波形产生模块3、发射端调制模块4、发射端光功率放大模块5、可调延时模块6、发射端探测器7、微波天线8、接收端调制模块9、接收端可调滤波模块10、通道接收或直采接收模块11、接收端探测器12以及微处理器模块13组成。
系统光源1的光源频谱1-2经过发射端的可调滤波模块2可以生成系统发射端所需的载频信号1-3。此外，系统光源1也可作为任意波形产生模块3的光源，用于产生雷达探测所需的模拟信号15-1、数字通信所需的数字信号15-2以及对抗所需的模拟或数字信号。系统三种功能的工作基本流程图如图2所示。在雷达探测或数字通信工作模式下，任意波形产生模块3产生的模拟或数字信号15经过发射端调制模块4调制到发射端可调滤波模块2产生的载频信号上，经过光功率放大器5对调制信号进行功率放大，以满足对系统功能的需求。一方面放大后的信号可直接经过发射端探测器7转换成微波信号，并由微波天线8进行发射和接收，在接收回路中，被接收的微波信号由接收端调制模块9调制到系统光源1生成的载频信号1-3上，再经接收端可调滤波模块10进行滤波处理；另一方面系统可以通过配置，使用微波相控阵列进行发射和接收，若采用相控阵，则如图3(a)所示，放大后的光信号需要经过发射端可调延时模块6-1进行多路信号延时的配置，再如图3(b)所示，经过多路的探测器模块7转换成微波信号，最后由天线阵列发射并由接收天线进行接收，接收到的微波信号经过接收端的调制器9调制到系统光源1产生的载频信号1-3上，再经接收端可调延时模块6-2实现相应的延时处理，从而完成相控阵的发射和接收，延时后的信号经过接收端可调滤波器10进行特定的滤波处理。滤波后，通过通道接收/直采接收模块11完成信号时域或频域上多通道分割或者直接采集处理，被多通道或单一通道接收的光信号经过接收端探测器12转换为多通道或单一通道的电信号，进而能被较低速率的微处理器模块13处理，转换成雷达系统中探测的信息或者数字通信系统中的通信信息14，完成雷达探测或数字信号通信。在对抗模式下，系统接收端通过微波天线8接收到对方信号后，通过接收端调制模块9将信号调制到系统光源1产生的载频信号1-3上，经过接收端可调滤波器模块10滤波处理后，通过通道接收/直采接收模块11将接收信号变成多路或者一路直采信号，再经过接收端探测器12将光信号转换成电信号可以被微处理器模块13处理，系统根据接收到的对方信息14，从而控制任意波形产生模块3产生相应的模拟或者数字干扰信号，通过发射端调制模块4调制到接收端可调滤波模块2产生的发射载频上，经过系统光功率放大模块5对光信号进行放大，再经过上述的直接发射或者相控阵列发射对应的干扰信号，从而实现电子对抗。
所述的系统光源1为不限于连续、脉冲激光器以及光纤、固体或者片上激光器。可以为发射端调制模块4和接收端调制模块9提供光载频信号，也可为任意波形产生模块3提供光源。
可调滤波器可以采用但不限于光纤光栅可调滤波器、光子晶体可调滤波器等。任意波形产生模块可以采用但不限于数字合成或者基于光纤的时间-波长映射。调制器可以采用但不限于铌酸锂调制器，硅基调制器等。光功率放大模块可以采用但不限于掺铒光放大器，基于拉曼效应的放大器等。可调延时模块可以采用但不限于光纤延迟线，硅基延迟线。探测器模块可以采用但不限于PIN管或APD管。微波天线可以采用但不限于喇叭天线，相控天线阵列。微处理器模块可以采用但不限于FPGA或者DSP。
在上述过程中，系统通过参数配置和芯片配置可以实现雷达探测、数字通信以及电子对抗三种信息系统的功能切换。通过任意波形生产模块可以产生用于三种系统的模拟信号或者数字信号。系统包含发射回路和接收回路，两者均采用相同的光源，确保了系统的相参性。同时在光子领域对微波信号进行处理，具有高带宽、低噪声性能的优点。本系统可以实现信息系统的功能化集成，提高系统的环境适应性和可重构性，可广泛用于超宽带雷达、数字通信以及电子对抗等信息技术领域。

Claims (4)

1.一种基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统，其特征在于，包括系统光源(1)、发射端可调滤波模块(2)、任意波形产生模块(3)、发射端调制模块(4)，发射端光功率放大模块(5)、发射端探测器(7)、微波天线模块(8)、接收端调制模块(9)、接收端可调滤波模块(10)、通道接收/直采接收模块(11)、接收端探测器(12)和微处理模块(13)；
所述系统光源(1)的光源频谱(1-2)经所述发射端可调滤波模块(2)生成载波信号(1-3)传输到所述发射端调制模块(4)，所述系统光源(1)经任意波形产生模块(3)产生模拟或数字信号(15)，该模拟或数字信号(15)经所述发射端调制模块(4)调制到载波信号(1-3)上后再经所述发射端光功率放大模块(5)进行功率放大，放大后的信号经所述发射端探测器(7)转换为微波信号由所述微波天线模块(8)发射和接收，接收到的微波信号经所述接收端调制模块(9)调制到载波信号(1-3)上后，依次经所述接收端可调滤波模块(10)、通道接收/直采接收模块(11)和接收端探测器(12)将光信号转换为电信号传输到所述微处理模块(13)，该微处理模块(13)根据接收的信息发送控制信号给任意波形产生模块(3)；
该系统有三种工作模式：
雷达模式：即发射回路产生超宽带雷达信号发射后，由接收回路进行特性提取；
通信模式：即发射回路产生超高速数字信号发射后，由接收回路进行解调和信息提取；
对抗模式：即接收回路侦测超高速、超宽带对方信号后，由发射回路产生干扰信号发射；
所述发射端可调滤波模块(2)用于产生三种模式的载波信号，所述微处理模块(13)对任意波形产生模块(3)进行控制，使任意波形产生模块(3)产生对应于三种模式的模拟或数学信号，所述发射端调制模块(4)用于将所述任意波形产生模块(3)生成的信号调制到所述发射端可调滤波模块(2)产生的载波上，为幅度调制或相位调制。
2.根据权利要求1所述的基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统，其特征在于，所述的任意波形产生模块(3)接收系统光源(1)，通过时间-波长映射产生模拟或者数字信号。
3.根据权利要求1所述的基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统，其特征在于，当所述微波天线模块(8)采用相控阵，则还包括发射端可调延时(6-1)和接收端可调延时(6-2)：经所述发射端光功率放大模块(5)放大后的放大信号先经所述发射端可调延时(6-1)进行多路配置后，再经所述发射端探测器(7)转换；接收到的微波信号经所述接收端调制模块(9)调制到载波信号(1-3)上后，先经所述接收端可调延时(6-2)进行延时处理后，再依次经所述接收端可调滤波模块(10)、通道接收/直采接收模块(11)和接收端探测器(12)。
4.根据权利要求1所述的基于微波光子的雷达通信对抗一体化系统，其特征在于，所述的通道接收/直采接收模块(11)为将调制了接收到的微波信号的光信号进行时域或频域上的多通道分割，或者直接单一通道接收。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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