CN108712215B - 可配置的微波光子信道化接收装置 - Google Patents

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Abstract

一种可配置的微波光子信道化接收装置，包括：光脉冲序列发生器、光脉冲整形模块、电光强度调制模块、第二波分解复用模块、光电转换模块、电滤波模块、电模数转换模块、数字信号处理单元和时钟同步模块；本发明同时实现对宽带信号的多信道接收和模数转换，避免了现有光信道化接收装置采用光滤波器等器件时受到的通带带宽限制，通过将接收信号转化为数字信号，为进一步的数字处理与存储提供了便利；各通道的中心频率和带宽可以通过调整多抽头光脉冲整形器的抽头间隔及电滤波器的带宽进行配置。

Description

可配置的微波光子信道化接收装置
技术领域
本发明涉及微波信号信道化接收，具体是一种可配置的微波光子信道化接收装置。
背景技术
在现代战争中，针对信息系统的现代电子战(EW)技术已被广泛使用。电子侦察接收机作为电子侦察与保障体系中的重要组成部分，也面临着越来越重大的考验。在复杂的信号环境中，要求接收机具备大瞬时侦察带宽，高灵敏度，高分辨率以及大动态范围，以及能够对同时到达的多频点，多形式信号进行无畸变的侦察接收以及实时处理(Schleher DC.Electronic warfare in the information age[M].Artech House,Inc.,1999.)。
针对同时侦测多频点信号的需求，信道化滤波接收机被提出。传统的信道化接收机通过功分器、带通滤波器组将侦查范围在微波域均匀划分为若干个子带，分别进行检测处理(Anderson G W,Webb D C,Spezio A E,et al.Advanced channelization for RF,microwave,and millimeterwave applications[J].Proceedings of the IEEE,1991,79(3):355-388.)。随着微波带宽的飞速增长，传统电子器件由于极大的高频损耗已经难以满足需求。为了实现更大的侦察带宽，基于光子技术的信道化接收机应运而生(Zou X,Pan W,Luo B,et al.Photonic approach for multiple-frequency-component measurementusing spectrally sliced incoherent source[J].Optics letters,2010,35(3):438-440.)。光子技术具有超宽带、超高速、高精度等优点，在光域上对信号进行接收和处理能有效突破电子技术的限制，实现大宽带内接收多信号的目标。
但是光子信道化接收装置仍然存在着一些问题。有的光子信道化接收方案需要多个激光器(Strutz S J,Williams K J.An 8-18-GHz all-optical microwavedownconverter with channelization[J].IEEE Transactions on Microwave Theoryand Techniques,2001,49(10):1992-1995.)结构复杂、价格高昂，有的光子信道化接收方案基于时域扫频，无法同时监测整个探测范围(Chen H,Chen M,Li R,et al.Multiple-frequency measurement based on serial photonic channelization using opticalwavelength scanning[J].Optics Letters,2013,38(22):4781-4.)。此外，大多数方案中用到的光学滤波器(如：法布里珀罗滤波器)带宽较大，难以通过减小信道带宽提升分辨率。同时模拟的光子信道化接收装置难以分辨各个子带内接收到的微波信号的具体频率。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于多抽头光脉冲整形的可配置微波光子信道化接收装置。该装置基于光模数转换结构，通过级联的多抽头光脉冲整形器对光脉冲进行整形，可以将多个通道划分为中心频率不同的子带，从而同时对多个频段进行侦测接收与数字化。
本发明的技术解决方案如下：
一种可配置的微波光子信道化接收装置，包括光脉冲序列发生器，其特点在于，沿所述的光脉冲序列发生器的激光输出方向依次是光脉冲整形模块、电光强度调制模块、第二波分解复用模块、光电转换模块、电滤波模块、电模数转换模块和数字信号处理单元，时钟同步模块的输入端与所述的光脉冲序列发生器的输出端相连，时钟同步模块的输出端与所述的电模数转换模块相连并为其提供参考时钟，待接收信号从所述的电光强度调制模块的调制端输入；
所述的光脉冲序列发生器产生重复周期固定为fs的光脉冲序列，并输入所述的光脉冲整形模块，所述的光脉冲整形模块由第一波分解复用器、2个级联的m抽头光脉冲整形器和波分复用器构成，所述的第一波分解复用器将输入的光脉冲序列分解为N路，每路光脉冲序列经过对应的两个级联的光脉冲整形器进行整形，经所述的波分复用器复用后输出，每路级联的两个光脉冲整形器的抽头间隔在同一个整形器内相同，两个整形器之间不同，且两个整形器的频率响应均为低通形式，带宽均在fs～2fs之间，在第i个通道中的两个整形器的抽头之间的时间间隔对应的滤波频响周期fi1、fi2均为fs的整数倍，且差值|fi1-fi2|＝2fs；
经光脉冲整形模块整形后的光脉冲序列输入所述的电光强度调制模块，由电光强度调制模块调制端接收到的电信号对光脉冲序列进行强度调制，形成调制的光脉冲序列；将该调制的光脉冲序列送入所述的第二波分解复用模块，该第二波分解复用模块将所述的调制的光脉冲序列分为N路；所述的光电转换模块与电滤波模块包含N个通道，每一个通道对应第二波分解复用器的一个输出通道，每个通道上都有一个光电转换器和一个电滤波器，所述的光电转换器用于将光信号转换成电信号，并经过电滤波器完成滤波；
所述的电模数转换模块由N个采样率为fs的电模数转换器组成，每个电模数转换器接收所述的电滤波模块的一路输出，根据时钟同步模块提供的时钟信号，将输入信号转换为数字信号输出给所述的数字信号处理单元，该数字信号处理单元分别重构出各个子带内的接收信号，N为1以上的整数。
所述的光脉冲序列发生器产生重复频率固定为fs的光脉冲序列，光脉冲时域外形的傅利叶频谱宽度大于待接收信号的频率范围。
所述的电滤波模块中的每路电滤波器均为低通滤波器，当其带宽均大于等于fs/2时，各信道可以拼接成连续通带。
所述的电模数转换模块根据时钟同步模块提供的参考时钟，以fs为采样率，对电滤波模块输出的信号在每个采样间隔内的最高点进行采样。
在频率大于电滤波器带宽的范围内，每个通道的频率响应对应一个子信道，第i个通道的频率响应表示为：
HA,i(Ω)∝HE[Ω-(fi1+fi2)/2]，
其中，HE(Ω)为电滤波器的频率响应，信道的带宽取决于电滤波模块中对应的电滤波器带宽，中心频率取决于该通道中级联的两个多抽头光脉冲整形器，为fi＝(fi1+fi2)/2。
通过控制各个通道内的多抽头光脉冲整形器，改变两个整形器的抽头间隔，可以调整各个通道所对应的通带的中心频率，使其中心频率在整个接收范围内均匀分布；通过调整电滤波模块中电滤波器的带宽来控制各个信道的带宽，使各个信道拼接起来可以覆盖整个接收范围。
基于以上技术特点，本发明具有以下优点：
本发明可配置的微波光子信道化接收装置作为光子信道化接收机有效地突破了电子技术的限制，通过电光调制、光脉冲整形及波分复用的方法实现了大频率范围内多个信道的同时接收。此外，本发明通过基于光脉冲整形的各个信道频率响应控制与电模数转换的结合，同时实现了对宽频模拟信号的信道化接收和数字化，为进一步的数字处理与存储提供了便利。
附图说明
图1是本发明可配置的微波光子信道化接收装置的系统框图。
图2是多抽头光脉冲整形器的原理结构图。
图3是第i个通道中的两个多抽头光脉冲整形器频率响应及信道通带中心频率的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。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。
本发明实施例的系统框图如图1所示，由图可见，本发明可配置的微波光子信道化接收装置，包括光脉冲序列发生器1，沿所述的光脉冲序列发生器1的激光输出方向依次是光脉冲整形模块2、电光强度调制模块3、第二波分解复用模块4、光电转换模块5、电滤波模块6、电模数转换模块7、数字信号处理单元8，时钟同步模块9的输入端与所述的光脉冲序列发生器1的输出端相连，时钟同步模块9的输出端与所述的电模数转换模块7相连并为其提供参考时钟，待接收信号从所述的电光强度调制模块3的调制端输入；
所述的光脉冲序列发生器1产生重复周期固定为fs的光脉冲序列，并输入所述的光脉冲整形模块2，所述的光脉冲整形模块2由第一波分解复用器2-1、2个级联的m抽头光脉冲整形器2-2和波分复用器2-3构成，所述的第一波分解复用器2-1将输入的光脉冲序列分解为N路，每路光脉冲序列经过对应的两个级联的光脉冲整形器2-2进行整形，经所述的波分复用器2-3复用后输出；每路级联的两个光脉冲整形器2-2的抽头间隔在同一个整形器内相同，两个整形器之间不同，且两个整形器的频率响应均为低通形式，带宽均在fs～2fs之间，在第i个通道中的两个整形器的抽头之间的时间间隔对应的滤波频响周期fi1、fi2均为fs的整数倍，且差值|fi1-fi2|＝2fs；
经光脉冲整形模块2整形后的光脉冲序列输入所述的电光强度调制模块3，电光强度调制模块3调制端接收到的电信号对光脉冲序列进行强度调制形成调制的光脉冲序列；将该调制的光脉冲序列送入所述的第二波分解复用模块4，该第二波分解复用模块4将所述的调制的光脉冲序列分为N路；所述的光电转换模块5与电滤波模块6包含N个通道，每一个通道对应第二波分解复用器4的一个输出通道，每个通道上都有一个光电转换器和一个电滤波器，所述的光电转换器用于将光信号转换成电信号，并经过电滤波器完成滤波；
所述的电模数转换模块7由N个采样率为fs的电模数转换器组成，每个电模数转换器接收所述的电滤波模块6的一路输出，根据时钟同步模块9提供的时钟信号，将输入信号转换为数字信号，输出给所述的数字信号处理单元8分别重构出各个子带内的信号，N为1以上的整数。
本实施例中
所述的光脉冲序列发生器1为锁模激光器产生脉宽小于1ps、重复频率为fs的光脉冲序列，并送入光脉冲整形模块2。
所述的光脉冲整形模块2由波分解复用器2-1(为阵列波导光栅)、2个m抽头光脉冲整形器2-2(原理结构如图2所示)和波分复用器2-3(为阵列波导光栅)构成。所述的波分解复用器将输入光脉冲序列分解为N路，每路光脉冲序列经过对应的两个级联的多抽头光脉冲整形器进行整形，两个光脉冲整形器的抽头间隔在同一个整形器内相同，两个整形器之间不同，且两个整形器的频率响应均为低通形式，带宽均在fs～2fs之间，在第i个通道中的两个整形器的抽头之间的时间间隔所分别对应的滤波频响周期fi1、fi2均为fs的整数倍，且差值|fi1-fi2|＝2fs(如图3所示)，各路经过整形的光信号再通过波分复用器进行波分复用并送入电光强度调制模块3。
所述的电光强度调制模块3为马赫-曾德尔电光调制器，将接收的电信号调制在光脉冲整形模块2输入的光信号上。
所述的第二波分解复用模块4为阵列波导光栅，通过波分解复用方式将来自电光调制器的光信号解复用为N路。
所述光电转换模块5与电滤波模块6包含N个通道，每一个通道对应波分解复用器的一个输出通道。每个通道上都有一个光电转换器和一个电滤波器。光电转换器用于将光信号转换成电信号，并经过电滤波器完成滤波。
所述的电模数转换模块7由N个采样率为fs的电模数转换器组成。每个电模数转换器接收电滤波模块6的一路输出，根据时钟同步模块9提供的时钟信号，将输入信号转换为数字信号输出给数字信号处理单元8进行处理。
所述的时钟同步模块9，如图1所示，从光脉冲序列发生器1处获取时钟信号，经过锁相后输入电模数转换模块7作为电模数转换模块的采样时钟，使所述的电模数转换模块7能够在每个采样间隔内的最高点进行采样。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种可配置的微波光子信道化接收装置，包括光脉冲序列发生器(1)，其特征在于沿所述的光脉冲序列发生器(1)的激光输出方向依次是光脉冲整形模块(2)、电光强度调制模块(3)、第二波分解复用模块(4)、光电转换模块(5)、电滤波模块(6)、电模数转换模块(7)、数字信号处理单元(8)，时钟同步模块(9)的输入端与所述的光脉冲序列发生器(1)的输出端相连，时钟同步模块(9)的输出端与所述的电模数转换模块(7)相连并为其提供参考时钟，待接收信号从所述的电光强度调制模块(3)的调制端输入；
所述的光脉冲序列发生器(1)产生重复周期固定为fs的光脉冲序列，并输入所述的光脉冲整形模块(2)，所述的光脉冲整形模块(2)由第一波分解复用器(2-1)、N路级联的2个m抽头光脉冲整形器(2-2)和波分复用器(2-3)构成，所述的第一波分解复用器(2-1)将输入的光脉冲序列分解为N路，每路光脉冲序列经过对应的两个级联的光脉冲整形器(2-2)进行整形，经所述的波分复用器(2-3)复用后输出；每路级联的两个光脉冲整形器(2-2)的抽头间隔在同一个整形器内相同，两个整形器之间不同，且两个整形器的频率响应均为低通形式，带宽均在fs～2fs之间，在第i个通道中的两个整形器的抽头之间的时间间隔对应的滤波频响周期fi1、fi2均为fs的整数倍，且差值|fi1-fi2|＝2fs；
经光脉冲整形模块(2)整形后的光脉冲序列输入所述的电光强度调制模块(3)，电光强度调制模块(3)调制端接收到的电信号对光脉冲序列进行强度调制形成调制的光脉冲序列；将该调制的光脉冲序列送入所述的第二波分解复用模块(4)，该第二波分解复用模块(4)将所述的调制的光脉冲序列分为N路；所述的光电转换模块(5)与电滤波模块(6)包含N个通道，每一个通道对应第二波分解复用器(4)的一个输出通道，每个通道上都有一个光电转换器和一个电滤波器，所述的光电转换器用于将光信号转换成电信号，并经过电滤波器完成滤波；
所述的电模数转换模块(7)由N个采样率为fs的电模数转换器组成，每个电模数转换器接收所述的电滤波模块(6)的一路输出，根据时钟同步模块(9)提供的时钟信号，将输入信号转换为数字信号输出给所述的数字信号处理单元(8)，该数字信号处理单元(8)分别重构出各个子带内的接收信号，N为1以上的整数。
2.根据权利要求1所述的可配置的微波光子信道化接收装置，其特征在于，所述的光脉冲序列发生器(1)产生重复频率固定为fs的光脉冲序列，光脉冲时域外形的傅利叶频谱宽度大于待接收信号的频率范围。
3.根据权利要求1所述的可配置的微波光子信道化接收装置，其特征在于，所述的电滤波模块(6)中的每路电滤波器均为低通滤波器，当其带宽均大于等于fs/2时，各信道可以拼接成连续通带。
4.根据权利要求1所述的可配置的微波光子信道化接收装置，其特征在于，所述的电模数转换模块(7)根据时钟同步模块(9)提供的参考时钟，以fs为采样率，对电滤波模块(6)输出的信号在每个采样间隔内的最高点进行采样。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可配置的微波光子信道化接收装置，其特征在于，在频率大于电滤波器带宽的范围内，每个通道的频率响应对应一个子信道，第i个通道的频率响应表示为：
HA,i(Ω)∝HE[Ω-(fi1+fi2)/2]，
其中，HE(Ω)为电滤波器的频率响应，信道的带宽取决于电滤波模块(6)中对应的电滤波器带宽，中心频率取决于该通道中级联的两个多抽头光脉冲整形器(2-2)，为fi＝(fi1+fi2)/2。
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