CN107272016A - 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 - Google Patents
基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107272016A CN107272016A CN201710323557.2A CN201710323557A CN107272016A CN 107272016 A CN107272016 A CN 107272016A CN 201710323557 A CN201710323557 A CN 201710323557A CN 107272016 A CN107272016 A CN 107272016A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- array
- input
- output end
- photoswitch
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,包括:一多波长激光器;一波长切换单元,其输入端与多波长激光器的输出端连接;一光放大器,其输入端与波长切换单元的输出端连接;一光纤,其一端与光放大器输出端连接;一调制器,其输入端与光纤的另一端连接,该调制器调制雷达信号;一光分束器,其输入端与调制器的输出端连接;一单模光纤阵列,其一端与光分束器输出端连接;一色散光纤阵列,其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接;一幅度控制器阵列,每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接;一移相器阵列,其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接;一光电探测器,其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。
Description
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域,特别是一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其可实现波长快速切换。
背景技术
光控相控阵雷达的波束形成的角度是由光波长所决定的,因此,其角度的扫描速率则取决于波长切换的速度。随着相控阵雷达在军事上的发展和进步,快速的扫描速率已经成为越来越重要的需求。
国内外已提出许多光控相控阵波束形成方案,但是,这些方案都存在许多弊端,首先,相控阵雷达的波束切换时间受到激光器波长切换时间的限制,通常扫频激光器是由快速可调谐光滤波器和宽带增益介质构成,因此,其波长扫描的速率则取决于增益介质和可调谐光滤波器的速度决定。由于扫频激光器的切换方式是基于机械切换,因此其波长切换时间仅可达到毫秒级,这远小于实际应用中所需的微秒级扫描速度。因此,需要实现波长快速切换的波束扫描方式,从而代替相控阵雷达中的可调谐激光器波长切换速度慢的不足,进一步满足军事上的要求。我们采用纳秒级光开关,通过程序控制的方法对波长进行周期性切换,不仅可实现纳秒级的波长切换时间,而且其扫描方式也可通过程序根据实际需求进行选择。另外,采用射频电子波束形成网络体积巨大,通过移相器控制射频信号的相位易存在波束偏移,信号的瞬时带宽受到孔径渡越时间的限制,同时,为了提高雷达的分辨能力、识别能力、对抗反辐射导弹袭击的能力以及解决多目标成像的问题,相控阵雷达必须采用具有大瞬时带宽的宽带信号。为了解决这一问题,使相控阵天线在宽角度扫描情况下具有处理宽带信号的能力,我们采用色散光纤延时网络,实现了波束指向灵活可控。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其可实现对波长进行快速扫描,并且通过对延时网络色散长度的选取实现波束扫描角度的控制。
本发明提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,包括:
一多波长激光器;
一波长切换单元,其输入端与多波长激光器的输出端连接;
一光放大器,其输入端与波长切换单元的输出端连接;
一光纤,其一端与光放大器输出端连接;
一调制器,其输入端与光纤的另一端连接,该调制器调制雷达信号;
一光分束器,其输入端与调制器的输出端连接;
一单模光纤阵列,其一端与光分束器输出端连接;
一色散光纤阵列,其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接;
一幅度控制器阵列,每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接;
一移相器阵列,其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接;
一光电探测器,其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。
本发明的有益效果是,其能够实现波长的快速切换,以及扫描角度的控制。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,现在结合具体实例,并参照附图对本发明做进一步说明,其中:
图1是本发明的原理结构图;
图2是波长切换单元的多波长快速切换原理图。
具体实施方式
请参阅图1所示,本发明提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,包括:
一多波长激光器1,该多波长激光器1中的每个光载波的波长可以独立控制,根据需求,对多波长激光器1各输出端进行选择与设置,使其相邻波长间隔保持0.1nm,中心频率为1545nm,输出的每个光载波幅度相位保持一致,每个光载波时间上为连续光;
一波长切换单元2,其输入端与多波长激光器1的输出端连接,所述波长切换单元2的切换时间小于10ns,根据多波长激光器1的输出波长间隔,编写光开关程序使得多个光载波在时域上实现分离,光开关为1×8的纳秒级高速电光开关,其切换时间小于10ns,损耗小于5dBm,从而实现波长在所需范围内进行反复快速的扫描,也可通过编写开关程序,实现对某一波长的锁定,实现对特定方向的检测,当发现某一方向有异物时,可以将其锁定在其对应的波长上,从而进一步对物体分析并采取相应措施;
一光放大器3,其输入端与波长切换单元2的输出端连接,输出的光载波经过光纤放大器(EDFA)对链路的损耗进行补偿,使得8个通道的信号的功率大小能够达到各器件的最佳工作状态,光放大器3的放大倍数以及3dB带宽,均根据链路所需进行选择;
一光纤4,其一端与光放大器3输出端连接,为普通单模光纤,对光进行传输;
一调制器5,其输入端与光纤4的另一端连接,,将放大后的光载波输入到强度调制器5,被发射的雷达信号在调制器5中进行电光转换调制,该调制器5调制雷达信号,将雷达信号调制到光载波上实现在光域上对电信号的传输,该调制器5的带宽大于20GHz,半波电压小于4V,雷达信号中心频率为10GHz,带宽为4GHz,通过偏置电压反馈电路板控制调制器5的工作点,可以使其稳定工作在所需状态上,输出信号达到稳定;
一光分束器6,其输入端与调制器5的输出端连接,将调制后的光经过1:8的光分束器分成8路,构成8个通道,该8个通道的信号所携带信息完全一致,分束后的8路光信号分别进入8路光延时网络实现相位的改变;
一单模光纤阵列7,其一端与光分束器6输出端连接;
一色散光纤阵列8,其每一端与对应的单模光纤阵列7的一端进行熔接;
其中单模光纤阵列7和色散光纤阵列8中的每一通道的连接方式为,单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度可根据实际需求设定为100-2000m,相邻光纤之间的色散光纤8的长度差为18.5m,色散系数为-140ps/nm.km,8个通道的延时均由不同长度的单模光纤7和色散光纤8构成,他们的总长度保持一致,色散光纤8的长度以固定差值的长度分布,相应的单模光纤7的长度也以对应的差值分布,形成如图1中虚线所示的通道之间的延时差,使得8个通道的光产生不同的相位,从而实现波束扫描角度的控制。
一幅度控制器阵列9,每一幅度控制器阵列9的输入端与对应的色散光纤阵列8连接,对经过延时后的光幅度进行微调,补偿因链路损耗的不同造成的差异,从而保证8路光信号的幅度一致;
一移相器阵列10,其每一输入端与幅度控制器阵列9每一输出端连接,。
其中单模光纤阵列7、色散光纤阵列8、幅度控制器阵列9和移相器阵列10的通道数为4-64,移相器阵列10用于补偿由于外界环境的影响以及系统误差造成的相位偏差。
一光电探测器11,其每一输入端与移相器阵列10每一输出端连接。
其中光电探测器11的带宽大于20GHz,响应度大于0.95A/W,将8个通道的光信号分别转换成电信号。
参阅图2所示,为波长切换单元的多波长快速切换原理图,多波长激光器1输出的光载波为时间上连续,频率上为中心频率1545nm,相邻波长间隔保持0.1nm,为达到波长切换效果,即某一时刻仅有某一波长的光,一个周期内不同时刻不同波长的光呈现扫描状态,本发明利用程控光开关的方法实现,通过光开关对8个通道的光进行开断状态的控制,使得8个通道不同波长的光在不同时刻输出,从而实现了多波长快速切换。
以上所述的具体实施事例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的说明。应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施事例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,包括:
一多波长激光器;
一波长切换单元,其输入端与多波长激光器的输出端连接;
一光放大器,其输入端与波长切换单元的输出端连接;
一光纤,其一端与光放大器输出端连接;
一调制器,其输入端与光纤的另一端连接,该调制器调制雷达信号;
一光分束器,其输入端与调制器的输出端连接;
一单模光纤阵列,其一端与光分束器输出端连接;
一色散光纤阵列,其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接;
一幅度控制器阵列,每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接;
一移相器阵列,其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接;
一光电探测器,其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。
2.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其中单模光纤阵列、色散光纤阵列、幅度控制器阵列和移相器阵列的通道数为4-64。
3.根据权利要求3所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其中单模光纤阵列和色散光纤阵列中的每一通道的连接方式为,单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度为100-2000m,相邻光纤之间的色散光纤的长度差为18.5m,色散系数为-140ps/nm.km。
4.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其中多波长激光器中的每个光载波的波长可以独立控制,设置相邻波长间隔保持0.1nm,中心频率为1545nm。
5.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其中波长切换单元的切换时间小于10ns。
6.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其中调制器的带宽大于20GHz,半波电压小于4V,雷达信号中心频率为10GHz,带宽为4GHz。
7.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达,其中光电探测器的带宽大于20GHz,响应度大于0.95A/W。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710323557.2A CN107272016B (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710323557.2A CN107272016B (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107272016A true CN107272016A (zh) | 2017-10-20 |
CN107272016B CN107272016B (zh) | 2021-01-08 |
Family
ID=60074376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710323557.2A Active CN107272016B (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107272016B (zh) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107703517A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-02-16 | 长春理工大学 | 机载多光束光学相控阵激光三维成像雷达系统 |
CN108459448A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-28 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法及光学相控阵 |
CN108646430A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-10-12 | 浙江大学 | 一种基于热光开关和硅光相控阵的单波长多线扫描系统 |
CN109613512A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-12 | 上海交通大学 | 基于诺伦矩阵的n×m集成多波束激光雷达发射系统 |
CN109707585A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-05-03 | 浙江大学 | 一种基于相控阵控制的激光推进方法 |
CN110703267A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 北京一径科技有限公司 | 一种激光发射装置、激光发射方法和激光雷达系统 |
CN110720052A (zh) * | 2019-07-19 | 2020-01-21 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 相控阵发射装置、激光雷达和自动驾驶设备 |
CN111551914A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-18 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法 |
CN111641458A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-09-08 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种通用型多通道光学色散延时器 |
CN112305504A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-02 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种雷达的波束形成系统及基于其的发射和接收方法 |
CN114257231A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-29 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种光开关阵列的校准控制电路 |
JP2022535710A (ja) * | 2019-05-21 | 2022-08-10 | マカル オプティクス リミテッド | 光学スイッチングを有するスキャニングライダー |
CN116937315A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 山东弘信光学科技有限公司 | 一种双端输出的多波长光纤激光器 |
WO2024045550A1 (zh) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003294414A (ja) * | 2002-03-28 | 2003-10-15 | Sunx Ltd | 光ファイバセンサ |
CN102288972A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-21 | 中国海洋大学 | 三波长实时定标激光雷达装置 |
CN103941235A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-07-23 | 上海交通大学 | 全光控相控阵雷达发射机 |
CN104316908A (zh) * | 2014-10-08 | 2015-01-28 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 一种光控相控阵雷达前端的发射与接收方法及装置 |
CN104466404A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-25 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统 |
CN106443634A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-22 | 上海博未传感技术有限公司 | 一种固态激光雷达系统 |
-
2017
- 2017-05-09 CN CN201710323557.2A patent/CN107272016B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003294414A (ja) * | 2002-03-28 | 2003-10-15 | Sunx Ltd | 光ファイバセンサ |
CN102288972A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-21 | 中国海洋大学 | 三波长实时定标激光雷达装置 |
CN103941235A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-07-23 | 上海交通大学 | 全光控相控阵雷达发射机 |
CN104316908A (zh) * | 2014-10-08 | 2015-01-28 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 一种光控相控阵雷达前端的发射与接收方法及装置 |
CN104466404A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-25 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统 |
CN106443634A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-22 | 上海博未传感技术有限公司 | 一种固态激光雷达系统 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
NUANNUAN SHI 等: "Experimental demonstration of a multi-target detection techqique using an X-band optically steered phased array radar", 《OPTICS EXPRESS》 * |
黄晨: "光纤延迟线中SOA光开关的关键问题研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107703517A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-02-16 | 长春理工大学 | 机载多光束光学相控阵激光三维成像雷达系统 |
CN107703517B (zh) * | 2017-11-03 | 2023-10-13 | 长春理工大学 | 机载多光束光学相控阵激光三维成像雷达系统 |
CN108646430A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-10-12 | 浙江大学 | 一种基于热光开关和硅光相控阵的单波长多线扫描系统 |
CN108459448A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-28 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法及光学相控阵 |
CN109613512A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-12 | 上海交通大学 | 基于诺伦矩阵的n×m集成多波束激光雷达发射系统 |
CN109707585A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-05-03 | 浙江大学 | 一种基于相控阵控制的激光推进方法 |
JP2022535710A (ja) * | 2019-05-21 | 2022-08-10 | マカル オプティクス リミテッド | 光学スイッチングを有するスキャニングライダー |
JP7541035B2 (ja) | 2019-05-21 | 2024-08-27 | マカル オプティクス リミテッド | 光学スイッチングを有するスキャニングライダー |
CN110720052A (zh) * | 2019-07-19 | 2020-01-21 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 相控阵发射装置、激光雷达和自动驾驶设备 |
WO2021012084A1 (zh) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 相控阵发射装置、激光雷达和自动驾驶设备 |
CN110703267A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 北京一径科技有限公司 | 一种激光发射装置、激光发射方法和激光雷达系统 |
CN111641458A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-09-08 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种通用型多通道光学色散延时器 |
CN111551914A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-18 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法 |
CN111551914B (zh) * | 2020-05-26 | 2022-09-16 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法 |
CN112305504A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-02 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种雷达的波束形成系统及基于其的发射和接收方法 |
CN112305504B (zh) * | 2020-10-21 | 2024-02-09 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种雷达的波束形成系统及基于其的发射和接收方法 |
CN114257231A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-29 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种光开关阵列的校准控制电路 |
WO2024045550A1 (zh) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达 |
CN116937315A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 山东弘信光学科技有限公司 | 一种双端输出的多波长光纤激光器 |
CN116937315B (zh) * | 2023-09-15 | 2024-01-09 | 山东弘信光学科技有限公司 | 一种双端输出的多波长光纤激光器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107272016B (zh) | 2021-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107272016A (zh) | 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 | |
US9689968B2 (en) | Wholly optically controlled phased array radar transmitter | |
US9614280B2 (en) | Optical feed network for phased array antennas | |
Wang et al. | A filterless scheme of generating frequency 16-tupling millimeter-wave based on only two MZMs | |
Chan et al. | Photonic RF phase shifter based on optical carrier and RF modulation sidebands amplitude and phase control | |
US6320539B1 (en) | Fiber-optic, wideband array antenna beamformer | |
US7391367B2 (en) | Optically frequency generated scanned active array | |
US6028695A (en) | Optical modulating apparatus | |
Li et al. | All-optical photonic microwave phase shifter requiring only a single DC voltage control | |
US6424438B1 (en) | Apparatus and method for realizing all-optical NOR logic device | |
CN109257102A (zh) | 一种基于光子技术的多阶微波跳频信号发生器 | |
CN108448252A (zh) | 一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法 | |
Shi et al. | Conformal wideband optically addressed transmitting phased array with photonic receiver | |
KR20210152381A (ko) | 위상 배열 안테나를 이용한 광학식 빔포밍 장치 및 이의 동작 방법 | |
Shi et al. | Optical phase feed network and ultra-wideband phased array | |
Huang et al. | Microwave photonic frequency translators with large spurious suppression and wide bandwidth | |
Mo et al. | Microwave Photonic System for Nonuniform Frequency Diverse Array Radar | |
Henion et al. | Electrooptic phased array transmitter | |
CN107957578B (zh) | 基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统 | |
Shi et al. | Conformal ultra-wideband optically addressed transmitting phased array and photonic receiver systems | |
Yang et al. | A six bit silicon nitride optical true time delay line for Ka-band phased array antenna | |
Serafino et al. | Photonic integrated circuits for beamforming in 5G wireless communications | |
Tsuji et al. | Optically generated phase shift keying microwave signal using optical phase modulator with single light source | |
Bai et al. | Large dynamic range microwave photonic phase shifter based on multi-order sidebands optical spectrum vector process technique | |
Wu et al. | Research on technology of microwave-photonic-based multifunctional radar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |