CN107659361A - 一种微波信号处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种微波信号处理系统及方法，涉及通信技术领域，该系统包括：光频梳、第一强度调制器、滤波器、脉冲整形器、时间透镜和色散元件。第一强度调制器接收外部输入的微波射频信号和光频梳产生的梳状的超短脉冲激光信号，并将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上得到光载射频信号。通过光滤波器的滤波放大该光载射频信号的带宽。带宽放大的光载射频信号经过脉冲整形器后得到第一光脉冲信号。时间透镜将啁啾相位调制到该第一光脉冲信号上得到啁啾光脉冲。色散元件对该啁啾光脉冲信号进行解啁啾得到延时光脉冲信号。应用本发明实施例提供的方案，可以提高微波信号处理系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率。

Description

一种微波信号处理系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种微波信号处理系统及方法。
背景技术
在无线通信、军事雷达等技术领域通常利用微波信号处理系统来获取微波射频信号的微波信号频谱。然而，上述微波信号处理系统在获取微波信号频谱的过程中，观测带宽通常会受到模数转换采样率以及数字信号处理计算能力的限制，因此，在获取宽带微波射频信号的微波信号频谱时，难以直接进行模数转换，或者，需要上述微波信号处理系统具有计算能力非常强大的并行设备，而这对于很多运动平台(例如，卫星、飞机等)可行性较差。因此，为了解决上述微波信号处理系统存在的问题，人们往往借助光子辅助频谱分析方法来获取微波射频信号的微波信号频谱。
在众多的光子辅助频谱分析方法中，实时傅里叶变换方法，或者称为频率-时间映射方法是一种非常有效的获取微波信号频谱的方法，它可以突破普通数字信号处理技术对信号带宽的限制。
常见的实时傅里叶变换方法是基于群速度色散处理方式来实现的，如图1所示，提供了一种常见的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统，该系统包括：脉冲激光器、第一色散元件、第二色散元件以及光电调制器，其中，
脉冲激光器产生光脉冲信号，该光脉冲信号经过第一色散元件，在二阶色散的作用下形成啁啾光脉冲信号；光电调制器接收上述啁啾光脉冲信号和外部输入的微波射频信号，并将上述微波射频信号调制到该啁啾光脉冲信号上，形成光载射频信号；然后，该光载射频信号经过第二色散元件，在色散的作用下实现脉冲解啁啾，使得光载射频信号的不同频率分量在时域上产生不同的延时，形成延时光脉冲信号。由于该延时光脉冲信号在时域上的延时与上述外部输入的微波射频信号的频率是相对应的，因此，利用该延时光脉冲信号在时域上的延时，可以计算得到上述外部输入的微波射频信号的频率，进而得到上述外部输入的微波射频信号的微波信号频谱。
应用上述微波信号处理系统可以对外部输入的微波射频信号进行处理，得到微波射频信号的微波信号频谱。然而，应用上述微波信号处理系统获取微波射频信号的微波信号频谱时，上述微波信号处理系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率会受到色散元件色散值大小的限制，不能获取大带宽、高分辨率的微波射频信号的微波信号频谱。例如色散补偿光纤或者光纤布拉格光栅等普通的光学器件无法实现100MHz级别的频率分辨率的微波射频信号的微波信号频谱的获取。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种微波信号处理系统，以实现对于大宽带、高分辨率的微波射频信号的微波信号频谱的获取。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种微波信号处理系统，所述系统包括：光频梳、第一强度调制器、光滤波器、脉冲整形器、时间透镜和色散元件，其中，
所述光频梳，用于产生梳状的超短脉冲激光信号，并将所述梳状的超短脉冲激光信号传输给所述第一强度调制器；
所述第一强度调制器，用于接收所述梳状的超短脉冲激光信号和外部输入的微波射频信号，并通过将所述微波射频信号调制到所述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对所述微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号，将所述光载射频信号传输给所述光滤波器；
所述光滤波器，用于接收所述光载射频信号，并通过将所述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对所述光载射频信号的带宽放大，并将带宽放大的光载射频信号传输给所述脉冲整形器；
所述脉冲整形器，用于接收所述带宽放大的光载射频信号，并将所述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号，将所述第一光脉冲信号传输给所述时间透镜；
所述时间透镜，用于接收所述第一光脉冲信号，并将啁啾相位调制到所述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号，将所述啁啾光脉冲信号传输给所述色散元件；
所述色散元件，用于接收所述啁啾光脉冲信号，并对所述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
一种实现方式中，所述光频梳为：平坦光频梳，所述光频梳包括：连续光激光器、第一微波信号源、第二微波信号源、第二强度调制器、第一相位调制器和第二相位调制器，其中，
所述连续光激光器，用于产生连续激光信号，并将所述连续激光信号传输给所述第二强度调制器；
所述第一微波信号源，用于产生第一电信号，并将所述第一电信号传输给所述第二强度调制器；
所述第二强度调制器，用于接收所述连续激光信号和所述第一电信号，并将所述第一电信号调制到所述连续激光信号上，获得激光脉冲信号，将所述激光脉冲信号传输给所述第一相位调制器；
所述第二微波信号源，用于产生第二电信号，并将所述第二电信号传输给所述第一相位调制器和所述第二相位调制器；
所述第一相位调制器，用于接收所述激光脉冲信号和所述第二电信号，并将所述第二电信号调制到所述激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号，并将所述第二光脉冲信号传输给所述第二相位调制器；
所述第二相位调制器，用于接收所述第二光脉冲信号和所述第二电信号，并将所述第二电信号调制到所述第二光脉冲信号上，获得所述梳状的超短脉冲激光信号，并将所述短脉冲光信号传输给所述第一强度调制器。
一种实现方式中，所述脉冲整形器包括：脉冲模式发生器和第三强度调制器，其中，
所述脉冲模式发生器，用于产生电脉冲信号，并将所述电脉冲信号传输给所述第三强度调制器；
所述第三强度调制器，用于接收所述电脉冲信号和所述带宽放大的光载射频信号，并将所述电脉冲信号调制到所述带宽放大的光载射频信号上，获得第一光脉冲信号，将所述第一光脉冲信号传输给所述时间透镜。
一种实现方式中，所述时间透镜包括：第三微波信号源和第三相位调制器；
所述第三微波信号源，用于产生第三电信号，并将所述第三电信号传输给所述第三相位调制器；
所述第三相位调制器，用于接收所述第三电信号和所述第一光脉冲信号，并将所述第三电信号调制到所述第一光脉冲信号上，获得所述啁啾光脉冲信号，将所述啁啾光脉冲信号传输给所述色散元件。
一种实现方式中，所述色散元件为：色散补偿光纤。
一种实现方式中，所述光载射频信号的带宽放大倍数为：
其中，A为所述带宽放大倍数，FSRF为所述光滤波器的自由光谱范围，FSROFC为所述光频梳的自由光谱范围。
一种实现方式中，所述光滤波器为：光纤法布里-珀罗干涉仪。
一种实现方式中，所述延时光脉冲信号为满足以下关系式的光脉冲信号：
其中，Δf为所述外部输入的微波射频信号的频率差，Δt为所述延时光脉冲信号的延时差，c为光速，λ0为激光器输出中心波长，D0为所述色散元件的实际色散值，A为所述带宽放大倍数。
本发明实施例提供了一种微波信号处理方法，所述方法包括：
产生梳状的超短脉冲激光信号；
接收外部输入的微波射频信号，并通过将所述微波射频信号调制到所述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对所述微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号；
通过将所述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对所述光载射频信号的带宽放大；
将带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号；
将啁啾相位调制到所述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号；
对所述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
一种实现方式中，所述产生梳状的超短脉冲激光信号的步骤，包括：
产生连续激光信号；
产生第一电信号；
将所述第一电信号调制到所述连续激光信号上，获得激光脉冲信号；
产生第二电信号；
将所述第二电信号调制到所述激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号；
将所述第二电信号调制到所述第二光脉冲信号上，获得所述梳状的超短脉冲激光信号，其中所述梳状的超短脉冲激光信号为：平坦的超短脉冲激光信号。
由以上可见，在本发明实施例提供的方案中，第一强度调制器接收外部输入的微波射频信号和光频梳产生的梳状的超短脉冲激光信号，并将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上得到光载射频信号。通过光滤波器的滤波放大该光载射频信号的带宽。带宽放大的光载射频信号经过脉冲整形器后得到第一光脉冲信号。时间透镜将啁啾相位调制到该第一光脉冲信号上得到啁啾光脉冲。色散元件对该啁啾光脉冲信号进行解啁啾得到延时光脉冲信号。
本发明实施例在现有的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统的基础上，通过对外部输入的微波射频信号的带宽进行放大，让上述微波射频信号的分量在频谱上被分开，使得上述微波射频信号的频率间隔被放大，其对应的延时光脉冲信号的延时也放大了，从而提高了上述系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率。同时本发明实施例采用了微波光子学技术，减少了设备量，为整个系统节省了空间及维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种常见的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种微波信号处理系统的结构示意图。
图3为一种实现方式中光频梳的结构示意图。
图4为一种实现方式中脉冲整形器的结构示意图。
图5为一种实现方式中时间透镜的结构示意图。
图6为本发明实施例提供的一种微波信号处理方法的流程示意图。
图7为一种实现方式中产生梳妆的超短脉冲激光信号的步骤的流程示意图。
图8为一种实现方式中将所述带宽放大的光载射频信号整形为第一脉冲光信号的步骤的流程示意图。
图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图10为本发明实施例的一次实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明实施例提供的一种微波信号处理系统的结构示意图，该系统包括：
光频梳210，用于产生梳状的超短脉冲激光信号，并将该梳状的超短脉冲激光信号传输给第一强度调制器220；
第一强度调制器220，用于接收上述梳状的超短脉冲激光信号和外部输入的微波射频信号，并通过将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上，实现对所述微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号，将该光载射频信号传输给光滤波器230；
光滤波器230，用于接收上述光载射频信号，并通过将上述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对上述光载射频信号的带宽放大，并将带宽放大的光载射频信号传输给所述脉冲整形器240；
脉冲整形器240，用于接收上述带宽放大的光载射频信号，并将上述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号，将上述第一光脉冲信号传输给时间透镜250；
时间透镜250，用于接收上述第一光脉冲信号，并将啁啾相位调制到该第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号，将该啁啾光脉冲信号传输给色散元件260；
色散元件260，用于接收上述啁啾光脉冲信号，并对上述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
可见，在本发明实施例提供的方案中，第一强度调制器接收外部输入的微波射频信号和光频梳产生的梳状的超短脉冲激光信号，并将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上得到光载射频信号。通过光滤波器的滤波放大该光载射频信号的带宽。带宽放大的光载射频信号经过脉冲整形器后得到第一光脉冲信号。时间透镜将啁啾相位调制到该第一光脉冲信号上得到啁啾光脉冲。色散元件对该啁啾光脉冲信号进行解啁啾得到延时光脉冲信号。
本发明实施例在现有的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统的基础上，通过对外部输入的微波射频信号的带宽进行放大，让上述微波射频信号的分量在频谱上被分开，使得上述微波射频信号的频率间隔被放大，其对应的延时光脉冲信号的延时也放大了，从而提高了上述系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率。同时本发明实施例采用了微波光子学技术，减少了设备量，为整个系统节省了空间及维护成本。
在本发明实施例中上述微波处理系统可以被整合成一个仪器，该仪器用于微波信号处理，其接收外部输入的微波射频信号，输出延时光脉冲信号。
其中，光频梳是一个器件或者是由多个器件组成的一个系统，用于产生梳状的超短脉冲激光信号，该梳状的超短脉冲激光信号离散的、等间距频率的像梳子一样的形状的光谱。该梳状的超短脉冲激光信号的载波由单一频率的光构成，这种光会在光谱上该频率显示为一条竖线，表示只存在该频率的光波。
本发明实施例中光频梳210产生了梳状的超短脉冲激光信号，并将该梳状的超短脉冲激光信号信号传输给第一强度调制器220，第一强度调制器220将外部输入的微波射频信号调制该梳状的超短脉冲激光信号上，从而实现对外部输入的微波射频信号的变频处理。本发明并不对光频梳210的类型进行限定，在实际应用中，可以选取任一类型可以产生满足调制需要的梳状的超短脉冲激光信号的光频梳，例如基于锁模激光器的光频梳、基于循环移频的光频梳、基于光学谐振腔的光频梳等。
外部输入的射频信号是不同频率的射频信号集合在一起的，将该射频信号进行变频处理，得到的光载射频信号也是不同频率的，光滤波器230将光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，可以实现对光载射频信号的带宽放大，从而获得带宽放大的光载射频信号。
一种实现方式中，光滤波器230是光纤法布里-珀罗干涉仪，光滤波器230的作用是将光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，可以实现对光载射频信号的带宽放大，因此本发明并不对光滤波器230的类型进行限定，在实际需要中，可以选用任一类型可以满足滤波要求的光滤波器，例如光纤环、光学回音壁模式微腔等。
上述脉冲整形器240是为了将光载射频信号从时域上的连续信号整形为脉冲信号，因此，本发明中并不对脉冲整形器240的类型进行限定，在实际应用中，可以选取任一类型的可以将光载射频信号从时域上的连续信号整形为脉冲信号的脉冲整形器，例如应用全光采样技术的脉冲整形器等。
上述时间透镜250的作用是提供时域上的啁啾相位，在微波信号处理系统中，将啁啾相位调制到光脉冲上，这个过程就称为时间透镜。本发明中并不对时间透镜250的类型进行限定，在实际应用中，可以选取任一类型的提供啁啾相位的时间透镜，例如基于非线性光学的时间透镜等。
上述啁啾相位是二次时域相位。
上述啁啾光脉冲信号是频率随时间变化的光脉冲信号。
上述解啁啾是啁啾光脉冲在色散元件的作用下，不同频率分量在时域上被分开，形成延时光脉冲，与此同时，啁啾相位得到补偿，脉冲宽度被压缩，避免了时域上脉冲波形的混叠。
上述色散元件260的作用是对啁啾光脉冲进行解啁啾，使得不同频率的光信号在时域上分离。
一种实现方式中，色散元件260是色散补偿光纤。本发明并不对色散元件260的类型进行限定，在实际需要中，可以选用任一类型可以满足要求的色散元件，如啁啾布拉格光栅等。
一种实现方式中，光频梳210的结构示意图如图3所示，包括：
连续光激光器310，用于产生连续激光信号，并将该连续激光信号传输给第二强度调制器330；
第一微波信号源320，用于产生第一电信号，并将该第一电信号传输给第二强度调制器330；
第二强度调制器330，用于接收上述连续激光信号和上述第一电信号，并将该第一电信号调制到该连续激光信号上，获得激光脉冲信号，将该激光脉冲信号传输给第一相位调制器340；
第二微波信号源350，用于产生第二电信号，并将该第二电信号传输给第一相位调制器340和第二相位调制器360；
第一相位调制器340，用于接收上述激光脉冲信号和上述第二电信号，并将该第二电信号调制到该激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号，并将该第二光脉冲信号传输给第二相位调制器360；
第二相位调制器360，用于接收上述第二光脉冲信号和上述第二电信号，并将该第二电信号调制到该第二光脉冲信号上，获得梳状的超短脉冲激光信号，并将该梳状的超短脉冲激光信号传输给第一强度调制器220。
上述第一电信号和第二电信号为任一符合实际需要的电信号，可以通过改变第一电信号和第二电信号的频率来改变上述光频梳210的FSR(free spectral range，自由光谱范围)。
一种实现方式，脉冲整形器240的结构示意图如图4所示，包括：
脉冲模式发生器410，用于产生电脉冲信号，并将该电脉冲信号传输给第三强度调制器430；
第三强度调制器420，用于接收上述电脉冲信号和上述带宽放大的光载射频信号，并将该电脉冲信号调制到该带宽放大的光载射频信号上，获得第一光脉冲信号，将该第一光脉冲信号传输给时间透镜250。
上述电脉冲信号为任一符合实际需要的电脉冲信号，本发明不对该电脉冲信号的脉冲形状、脉冲宽度等进行限定。
调制后的信号，会在中心载频的上下两侧各产生一个频带，称作边带。本发明实施例中利用第一强度调制器将外部输入的微波射频信号调制到短脉冲光信号上时，得到的光载射频信号会存在边带，采用带有边带的光载射频信号进行后续处理，最终得到的微波信号频谱会出现频谱混叠的现象。当采用载波抑制双边带调制模式时，为了避免出现频谱混叠的现象，外部输入的微波射频信号的带宽只能达到光频梳的FSR的一半，为了进一步提高上述微波射频信号的带宽，可以采用载波抑制单边带调制模式或者使用FSR更大的光频梳。
一种实现方式中，时间透镜250的结构示意图如图5所示，包括：
第三微波信号源510，用于产生第三电信号，并将该第三电信号传输给第三相位调制器；
第三相位调制器520，用于接收上述第三电信号和第一光脉冲信号，并将该第三电信号调制到该第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号，将该啁啾光脉冲信号传输给色散元件。
一种实现方式中，经过第一强度调制器的调制之后，光载射频信号的带宽放大倍数可以利用如下的公式(1)进行计算。
其中，A为所述带宽放大倍数，FSRF为所述滤波器的自由光谱范围，FSROFC为所述光频梳的自由光谱范围。
例如，当FSRF＝10.22GHz，FSROFC＝10.28GHz时，
在本发明实施例提供的一种微波信号处理系统的一种实现方式中得到的延时光脉冲信号为满足以下公式(2)的光脉冲信号，
其中，Δf为所述外部输入的微波射频信号的频率差，Δt为所述延时光脉冲信号的延时差，c为光速，λ0为激光器中心波长，D0为所述色散元件的实际色散值，A为所述带宽放大倍数。
由上述公式(2)可见，延时光脉冲信号在时域上的延时与外部输入的微波射频信号的频率是相对应的，因此，利用该延时光脉冲信号在时域上的延时，可以计算得到外部输入的微波射频信号的频率，进而得到该外部输入的微波射频信号的微波信号频谱。
此外，外部输入的微波射频信号的频率与延时光脉冲信号的延时的线性度代表着系统的等效色散，在输出端时域观测条件相同的情况下，它也意味着系统的频率分辨率。
例如，如图10中左图所示为实时示波器观测到的延时光脉冲信号，该延时光脉冲信号的延时与外部输入的微波射频信号的频率具有如上述公式(2)所表示的数学关系；右图所示为延时光脉冲信号的延时与外部输入的微波射频信号的频率的线性关系，其拟合直线的斜率即为系统等效色散值。
在图5所示的实施例中，色散补偿光纤提供的实际色散值D0＝1500ps/nm，光载射频信号的带宽放大倍数A＝165，计算得到
系统等效色散值＝AD0＝1975.5ps/GHz(2.47×105ps/nm)
可见，系统等效色散值相比于色散补偿光纤提供的实际色散值放大了165倍，这意味着本发明实施例提供的一种微波信号处理系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率与常见的应用于光实时傅里叶变换方法的微波信号处理系统相比，放大了165倍。
对应于上述微波处理系统，本发明实施例还提供了一种微波信号处理方法，如图6所示为上述微波信号处理方法的流程示意图，包括以下步骤：
S610：产生梳状的超短脉冲激光信号；
S620：接收外部输入的微波射频信号，并通过将该微波射频信号调制到上述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对该微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号；
S630：通过将上述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对上述光载射频信号的带宽放大；
S640：将上述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号；
S650：将啁啾相位调制到上述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号；
S660：对上述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
可见，在本发明实施例提供的方案中，第一强度调制器接收外部输入的微波射频信号和光频梳产生的梳状的超短脉冲激光信号，并将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上得到光载射频信号。通过光滤波器的滤波放大该光载射频信号的带宽。带宽放大的光载射频信号经过脉冲整形器后得到第一光脉冲信号。时间透镜将啁啾相位调制到该第一光脉冲信号上得到啁啾光脉冲。色散元件对该啁啾光脉冲信号进行解啁啾得到延时光脉冲信号。
本发明实施例在现有的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统的基础上，通过对外部输入的微波射频信号的带宽进行放大，让上述微波射频信号的分量在频谱上被分开，使得上述微波射频信号的频率间隔被放大，其对应的延时光脉冲信号的延时也放大了，从而提高了上述系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率。同时本发明实施例采用了微波光子学技术，减少了设备量，为整个系统节省了空间及维护成本。
上述微波信号处理方法的一种实现方式应用于一个用于微波信号处理的仪器，该仪器中包括微波信号处理系统，该仪器接收外部输入的微波射频信号，输出延时光脉冲信号。
上述仪器中的微波信号处理系统包括：光频梳、第一强度调制器、光滤波器、脉冲整形器、时间透镜和色散元件，其中，
光频梳，用于产生梳状的超短脉冲激光信号，并将该梳状的超短脉冲激光信号传输给第一强度调制器；
第一强度调制器，用于接收上述梳状的超短脉冲激光信号和外部输入的微波射频信号，并通过将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上，实现对所述微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号，将该光载射频信号传输给光滤波器；
光滤波器，用于接收上述光载射频信号，并通过将上述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对上述光载射频信号的带宽放大，并将带宽放大的光载射频信号传输给所述脉冲整形器；
脉冲整形器，用于接收上述带宽放大的光载射频信号，并将上述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号，将上述第一光脉冲信号传输给时间透镜；
时间透镜，用于接收上述第一光脉冲信号，并将啁啾相位调制到该第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号，将该啁啾光脉冲信号传输给色散元件；
色散元件，用于接收上述啁啾光脉冲信号，并对上述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
其中，光频梳是一个器件或者是由多个器件组成的一个系统，用于产生梳状的超短脉冲激光信号，该梳状的超短脉冲激光信号离散的、等间距频率的像梳子一样的形状的光谱。该梳状的超短脉冲激光信号的载波由单一频率的光构成，这种光会在光谱上该频率显示为一条竖线，表示只存在该频率的光波。
本发明实施例中光频梳产生了梳状的超短脉冲激光信号，并将该梳状的超短脉冲激光信号信号传输给第一强度调制器，第一强度调制器将外部输入的微波射频信号调制该梳状的超短脉冲激光信号上，从而实现对外部输入的微波射频信号的变频处理。本发明并不对光频梳的类型进行限定，在实际应用中，可以选取任一类型可以产生满足调制需要的梳状的超短脉冲激光信号的光频梳，例如基于锁模激光器的光频梳、基于基于循环移频的光频梳、基于光学谐振腔的光频梳等。
外部输入的射频信号是不同频率的射频信号集合在一起的，将该射频信号进行变频处理，得到的光载射频信号也是不同频率的，光滤波器将光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，可以对光载射频信号的带宽放大，从而获得带宽放大的光载射频信号。
一种实现方式中，光滤波器是光纤法布里-珀罗干涉仪，光滤波器的作用是将光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，可以实现对光载射频信号的带宽放大，因此本发明并不对光滤波器的类型进行限定，在实际需要中，可以选用任一类型可以满足滤波要求的光滤波器，例如光纤环、光学回音壁模式微腔等。
上述脉冲整形器是为了将光载射频信号从时域上的连续信号整形为脉冲信号，因此，本发明中并不对脉冲整形器的类型进行限定，在实际应用中，可以选取任一类型的可以将光载射频信号从时域上的连续信号整形为脉冲信号的脉冲整形器，例如应用全光采样技术的脉冲整形器等。
上述时间透镜的作用是提供时域上的啁啾相位，在微波信号处理系统中，将啁啾相位调制到光脉冲上，这个过程就称为时间透镜。本发明中并不对时间透镜的类型进行限定，在实际应用中，可以选取任一类型的提供啁啾相位的时间透镜，例如基于非线性光学的时间透镜。
上述啁啾相位是二次时域相位。
上述啁啾光脉冲信号是频率随时间变化的光脉冲信号。
上述解啁啾是啁啾光脉冲在色散元件的作用下，不同频率分量在时域上被分开，形成延时光脉冲，与此同时，啁啾相位得到补偿，脉冲宽度被压缩，避免了时域上脉冲波形的混叠。
上述色散元件的作用是对啁啾光脉冲进行解啁啾，使得不同频率的光信号在时域上分离。
一种实现方式中，色散元件是色散补偿光纤。本发明并不对色散元件的类型进行限定。在实际应用中，可以选取任何一种色散元件，如啁啾布拉格光栅等。
一种实现方式中，S610产生梳状的超短脉冲激光的步骤的流程示意图如图7所示，包括以下步骤：
S710：产生连续激光信号；
S720：产生第一电信号；
S730：将上述第一电信号调制到上述连续激光信号上，获得激光脉冲信号；
S740：产生第二光信号；
S750：将上述第二电信号调制到上述激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号；
S760：将上述第二电信号调制到上述第二光脉冲信号上，获得梳状的超短脉冲激光，其中该梳状的超短脉冲激光为：平坦的超短脉冲激光信号。
需要说明的是，本发明实施例中并不限定上述S710和S720之间的执行顺序，S710可以在S720之前执行，可以在S720之后执行，还可以与S720同时执行，这两个步骤只要在S730之前执行即可。本发明实施例也不限制上述S740的执行位置，S740可以在S710-S730中任一步骤之前执行，可以在S710-S730中任一步骤之后执行，还可以与S710-S730中任一步骤同时执行，只要S740在S750之前执行即可。
上述产生梳状的超短脉冲激光的步骤可以通过一种光频梳实现，所述光频梳为：平坦光频梳，该光频梳包括：连续光激光器、第一微波信号源、第二微波信号源、第二强度调制器、第一相位调制器和第二相位调制器，其中，
连续光激光器，用于产生连续激光信号，并将该连续激光信号传输给第二强度调制器；
第一微波信号源，用于产生第一电信号，并将该第一电信号传输给上述第二强度调制器；
第二强度调制器，用于接收上述连续激光信号和上述第一电信号，并将该第一电信号调制到该连续激光信号上，获得激光脉冲信号，将该激光脉冲信号传输给第一相位调制器；
第二微波信号源，用于产生第二电信号，并将该第二电信号传输给上述第一相位调制器和第二相位调制器；
第一相位调制器，用于接收上述激光脉冲信号和上述第二电信号，并将该第二电信号调制到该激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号，并将该第二光脉冲信号传输给第二相位调制器；
第二相位调制器，用于接收上述第二光脉冲信号和上述第二电信号，并将该第二电信号调制到该第二光脉冲信号上，获得梳状的超短脉冲激光信号，并将该梳状的超短脉冲短脉冲光信号传输给上述第一强度调制器。
上述第一电信号和第二电信号为任一符合实际需要的电信号，可以通过改变第一电信号或第二电信号的频率来改变上述光频梳的FSR。
一种实现方式中，S640将所述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号的步骤的流程示意图如图8所示，包括以下步骤：
S810：产生电脉冲信号；
S820：将上述电脉冲信号调制到带宽放大的光载射频信号上，获得第一光脉冲信号。
上述产生第一光脉冲信号的步骤可以通过一种脉冲整形器实现，该脉冲整形器包括：脉冲模式发生器和第三强度调制器，其中，
脉冲模式发生器，用于产生电脉冲信号，并将该电脉冲信号传输给第三强度调制器；
第三强度调制器，用于接收上述电脉冲信号和上述带宽放大的光载射频信号，并将该电脉冲信号调制到该带宽放大的光载射频信号上，获得第一光脉冲信号，将该第一光脉冲信号传输给时间透镜。
上述电脉冲信号为任一符合实际需要的电脉冲信号，本发明不对该电脉冲信号的脉冲形状、脉冲宽度等进行限定。
调制后的信号，会在中心载频的上下两侧各产生一个频带，称作边带。本发明实施例中利用第一强度调制器将外部输入的微波射频信号调制到短脉冲光信号上时，得到的光载射频信号会存在边带，采用带有边带的光载射频信号进行后续处理，最终得到的微波信号频谱会出现频谱混叠的现象。当采用载波抑制双边带调制模式时，为了避免出现频谱混叠的现象，外部输入的微波射频信号的带宽只能达到光频梳FSR的一半，为了进一步提高上述微波射频信号的带宽，可以采用载波抑制单边带调制模式或者使用FSR更大的光频梳。
本发明实施例提供的一种微波信号处理方法的一种实现方式中，光载射频信号的带宽放大倍数可以利用如下的公式(1)进行计算。
其中，A为所述带宽放大倍数，FSRF为所述滤波器的自由光谱范围，FSROFC为所述光频梳的自由光谱范围。
例如，当FSRF＝10.22GHz，FSROFC＝10.28GHz时，
本发明实施例提供的一种微波信号处理方法的一种实现方式中得到的延时光脉冲信号为满足以下公式(2)的光脉冲信号，
其中，其中，Δf为所述外部输入的微波射频信号的频率差，Δt为所述延时光脉冲信号的延时差，c为光速，λ0为激光器中心波长，D0为所述色散元件的实际色散值，A为所述带宽放大倍数。
由上述公式(2)可见，延时光脉冲信号在时域上的延时与外部输入的微波射频信号的频率是相对应的，因此，利用该延时光脉冲信号在时域上的延时，可以计算得到外部输入的微波射频信号的频率，进而得到该外部输入的微波射频信号的微波信号频谱。
此外，外部输入的微波射频信号的频率与延时光脉冲信号的延时的线性度代表着系统的等效色散，在输出端时域观测条件相同的情况下，它也意味着系统的频率分辨率。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，包括处理器910、通信接口920、存储器930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信，
存储器930，用于存放计算机程序；
处理器910，用于执行存储器930上所存放的程序时，实现本发明实施例提供的一种微波处理方法。
具体的，上述微波处理方法，包括：
产生梳状的超短脉冲激光信号；
接收外部输入的微波射频信号，并通过将该微波射频信号调制到上述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对该微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号；
通过将上述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对上述光载射频信号的带宽放大；
将上述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号；
将啁啾相位调制到上述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号；
对上述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
需要说明的是，上述处理器910执行存储器930上存放的程序而实现的微波处理方法的其他实现方式，与前述方法实施例部分提供的一种微波处理方法实施例相同，这里不再赘述。
可见，在本发明实施例提供的方案中，第一强度调制器接收外部输入的微波射频信号和光频梳产生的梳状的超短脉冲激光信号，并将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上，然后通过光滤波器的滤波，实现该微波射频信号的带宽放大。经过滤波的光载射频信号经过脉冲整形器后，获得光脉冲信号。时间透镜接收该光脉冲信号，将啁啾相位调制到该光脉冲信号上得到啁啾光脉冲。色散元件对该啁啾光脉冲信号进行解啁啾，得到延时光脉冲信号。
本发明实施例在现有的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统的基础上，通过对外部输入的微波射频信号的带宽进行放大，让上述微波射频信号的分量在频谱上被分开，使得上述微波射频信号的频率间隔被放大，其对应的延时光脉冲信号的延时也放大了，从而提高了上述系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率。同时本发明实施例采用了微波光子学技术，减少了设备量，为整个系统节省了空间及维护成本。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质为服务器中的存储介质，其中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的一种微波处理方法。
具体的，上述微波处理方法，包括：
产生梳状的超短脉冲激光信号；
接收外部输入的微波射频信号，并通过将该微波射频信号调制到上述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对该微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号；
通过将上述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对上述光载射频信号的带宽放大；
将上述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号；
将啁啾相位调制到上述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号；
对上述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
需要说明的是，上述计算机程序被处理器执行时而实现的微波处理方法的其他实现方式，与前述方法实施例部分提供的一种微波处理方法实施例相同，这里不再赘述。
可见，在本发明实施例提供的方案中，计算机可读存储介质中存储的计算机程序被处理器执行时，第一强度调制器接收外部输入的微波射频信号和光频梳产生的梳状的超短脉冲激光信号，并将该微波射频信号调制到该梳状的超短脉冲激光信号上，然后通过光滤波器的滤波，实现该微波射频信号的带宽放大。经过滤波的光载射频信号经过脉冲整形器后，获得光脉冲信号。时间透镜接收该光脉冲信号，将啁啾相位调制到该光脉冲信号上得到啁啾光脉冲。色散元件对该啁啾光脉冲信号进行解啁啾，得到延时光脉冲信号。
本发明实施例在现有的应用实时傅里叶方法的微波信号处理系统的基础上，通过对外部输入的微波射频信号的带宽进行放大，让上述微波射频信号的分量在频谱上被分开，使得上述微波射频信号的频率间隔被放大，其对应的延时光脉冲信号的延时也放大了，从而提高了上述系统能够处理的微波射频信号的频率分辨率。同时本发明实施例采用了微波光子学技术，减少了设备量，为整个系统节省了空间及维护成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例、电子设备实施例、计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波信号处理系统，其特征在于，所述系统包括：光频梳、第一强度调制器、光滤波器、脉冲整形器、时间透镜和色散元件，其中，
所述光频梳，用于产生梳状的超短脉冲激光信号，并将所述梳状的超短脉冲激光信号传输给所述第一强度调制器；
所述第一强度调制器，用于接收所述梳状的超短脉冲激光信号和外部输入的微波射频信号，并通过将所述微波射频信号调制到所述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对所述微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号，将所述光载射频信号传输给所述光滤波器；
所述光滤波器，用于接收所述光载射频信号，并通过将所述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对所述光载射频信号的带宽放大，并将带宽放大的光载射频信号传输给所述脉冲整形器；
所述脉冲整形器，用于接收所述带宽放大的光载射频信号，并将所述带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号，将所述第一光脉冲信号传输给所述时间透镜；
所述时间透镜，用于接收所述第一光脉冲信号，并将啁啾相位调制到所述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号，将所述啁啾光脉冲信号传输给所述色散元件；
所述色散元件，用于接收所述啁啾光脉冲信号，并对所述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光频梳为：平坦光频梳，所述光频梳包括：连续光激光器、第一微波信号源、第二微波信号源、第二强度调制器、第一相位调制器和第二相位调制器，其中，
所述连续光激光器，用于产生连续激光信号，并将所述连续激光信号传输给所述第二强度调制器；
所述第一微波信号源，用于产生第一电信号，并将所述第一电信号传输给所述第二强度调制器；
所述第二强度调制器，用于接收所述连续激光信号和所述第一电信号，并将所述第一电信号调制到所述连续激光信号上，获得激光脉冲信号，将所述激光脉冲信号传输给所述第一相位调制器；
所述第二微波信号源，用于产生第二电信号，并将所述第二电信号传输给所述第一相位调制器和所述第二相位调制器；
所述第一相位调制器，用于接收所述激光脉冲信号和所述第二电信号，并将所述第二电信号调制到所述激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号，并将所述第二光脉冲信号传输给所述第二相位调制器；
所述第二相位调制器，用于接收所述第二光脉冲信号和所述第二电信号，并将所述第二电信号调制到所述第二光脉冲信号上，获得所述梳状的超短脉冲激光信号，并将所述短脉冲光信号传输给所述第一强度调制器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脉冲整形器包括：脉冲模式发生器和第三强度调制器，其中，
所述脉冲模式发生器，用于产生电脉冲信号，并将所述电脉冲信号传输给所述第三强度调制器；
所述第三强度调制器，用于接收所述电脉冲信号和所述带宽放大的光载射频信号，并将所述电脉冲信号调制到所述带宽放大的光载射频信号上，获得第一光脉冲信号，将所述第一光脉冲信号传输给所述时间透镜。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时间透镜包括：第三微波信号源和第三相位调制器；
所述第三微波信号源，用于产生第三电信号，并将所述第三电信号传输给所述第三相位调制器；
所述第三相位调制器，用于接收所述第三电信号和所述第一光脉冲信号，并将所述第三电信号调制到所述第一光脉冲信号上，获得所述啁啾光脉冲信号，将所述啁啾光脉冲信号传输给所述色散元件。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述色散元件为：色散补偿光纤。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光载射频信号的带宽放大倍数为：
<mrow> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>FSR</mi> <mi>F</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>FSR</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>FSR</mi> <mrow> <mi>O</mi> <mi>F</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msub> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，A为所述带宽放大倍数，FSRF为所述光滤波器的自由光谱范围，FSROFC为所述光频梳的自由光谱范围。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光滤波器为：光纤法布里-珀罗干涉仪。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述延时光脉冲信号为满足以下关系式的光脉冲信号：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>f</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>AD</mi> <mn>0</mn> </msub> <msubsup> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，Δf为所述外部输入的微波射频信号的频率差，Δt为所述延时光脉冲信号的延时差，c为光速，λ0为激光器输出中心波长，D0为所述色散元件的实际色散值，A为所述带宽放大倍数。
9.一种微波信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
产生梳状的超短脉冲激光信号；
接收外部输入的微波射频信号，并通过将所述微波射频信号调制到所述梳状的超短脉冲激光信号上，实现对所述微波射频信号的变频处理，获得光载射频信号；
通过将所述光载射频信号中不同频率的光载射频信号在不同的光频处滤出，从而实现对所述光载射频信号的带宽放大；
将带宽放大的光载射频信号整形为第一光脉冲信号；
将啁啾相位调制到所述第一光脉冲信号上，获得啁啾光脉冲信号；
对所述啁啾光脉冲信号进行解啁啾，获得延时光脉冲信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述产生梳状的超短脉冲激光信号的步骤，包括：
产生连续激光信号；
产生第一电信号；
将所述第一电信号调制到所述连续激光信号上，获得激光脉冲信号；
产生第二电信号；
将所述第二电信号调制到所述激光脉冲信号上，获得第二光脉冲信号；
将所述第二电信号调制到所述第二光脉冲信号上，获得所述梳状的超短脉冲激光信号，其中所述梳状的超短脉冲激光信号为：平坦的超短脉冲激光信号。
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