CN108845305B - 一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法，属于正交波形生成领域。该系统包括：1个光载线性调频波产生器、1个光耦合器、1个码序列发生器和1个直流电源，还可包括若干个相位编码单元，或若干个等效相位调制单元，或若干个上变频相位编码单元。所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端，光耦合器、码序列发生器和直流电源输出端分别与对应单元的输入端连接。利用本发明可以生成宽带、高正交性的正交相位编码线性调频波，将本发明应用到MIMO雷达领域，可以有效提高MIMO雷达距离分辨力和工作性能，增强目标检测和识别的能力。

Description

一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法

技术领域

本发明属于正交波形生成领域，特别涉及一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法。

背景技术

正交波形在多输入多输出(MIMO)雷达中有着重要作用，MIMO雷达具有多个发射天线，同时发射相互正交的雷达波形对目标进行照射，多个接收天线接收目标回波信号并对回波进行处理，提取目标的空间位置和运动状态等信息。由于线性调频波具有较好的脉冲压缩性能，大时宽情况下通过脉冲压缩仍然能够获得较高的距离分辨力，有效地解决了雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，是雷达系统中常用的波形。因此，宽带正交线性调频波的产生对于MIMO雷达有重要意义。

现有的线性调频波的正交可以通过时分、频分、码分实现，使用时分方式时，波形需要分时发射，所需时间较长；使用频分方式的各个波形占据不同的频带，要求天线具有很宽的带宽，实现起来比较难；码分方式通过对线性调频波进行正交相位编码产生正交相位编码线性调频波，从而实现波形间正交，可以同时、同频带发射，是普遍采用的正交实现方式。

目前，通过传统电子学方法产生正交相位编码线性调频波的方式主要有：基于直接数字频率合成、基于线性调频波产生和混频等方法。其中直接数字频率合成方法受限于电子器件的速率限制，直接合成信号的带宽通常只有几百MHz，限制了雷达的分辨力；通过倍频等方法提高其带宽又会引入相位噪声恶化、非线性失真等问题，恶化波形质量。此外，低编码速率会恶化波形之间的正交性。基于线性调频波产生和混频方法的正交相位编码线性调频波生成系统结构如图1所示，包括：1个脉冲发生器、1个声表面波色散延时线、1个微波功分器、1个n通道码序列发生器和n个双相双平衡混频器。所述脉冲发生器的一个输出端连接声表面波色散延时线的输入端，脉冲发生器的另一个输出端连接码序列发生器的输入端；声表面波色散延时线的输出端连接微波功分器的输入端；微波功分器的n个输出端分别连接n个双相双平衡混频器的对应输入端；码序列发生器的n个输出端分别连接n个双相双平衡混频器对应的另一个输入端。利用上述系统产生正交相位编码线性调频波的流程如下：设定目标相位编码线性调频波的参数，脉冲发生器产生相应的电脉冲，输入到声表面波色散延时线中产生线性调频波；产生的线性调频波经过微波功分器分成n路，分别送入对应的双相双平衡混频器的其中一个输入端口；用遗传优化算法设计每一路线性调频波对应的编码序列V₁，V₂,...,V_n，在脉冲发生器的同步控制下，n路编码序列由码序列发生器产生，分别送入对应的双相双平衡混频器的另一个输入端口，与线性调频波进行混频，得到目标相位编码线性调频波。从而实现n路正交相位编码线性调频波的产生。使用该系统产生正交相位编码线性调频波，一方面受声表面波色散延时线中超声换能器工作频率和超声波传输损耗的限制，产生线性调频波的频率通常只有百MHz量级；另一方面受双相双平衡混频器带宽的限制，编码序列的码率不能太高，会恶化正交相位编码线性调频波之间的正交性。

由于光波频率是微波频率的上千倍，将微波信号调制到光域时，微波信号相当于窄带信号，因此在光域产生和处理微波信号非常容易，利用光学方法已经产生了频率从几GHz到几十GHz的宽带微波信号，显示了其优势，为宽带正交线性调频波的产生提供了可行思路。目前，宽带正交线性调频波光生成领域的研究尚属空白。

发明内容

本发明的目的是克服现有电子学技术难以产生宽带正交线性调频波这一难题，提出一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法。利用本发明可以生成宽带、高正交性的正交相位编码线性调频波，将本发明应用到MIMO雷达领域，可以有效提高MIMO雷达距离分辨力和工作性能，增强目标检测和识别的能力。

本发明提出一种宽带正交线性调频波光生成系统，其特征在于，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个n通道码序列发生器、1个n通道直流电源和n个相位编码单元；所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器、码序列发生器和直流电源输出端分别连接n个相位编码单元的对应输入端；其中，每个相位编码单元包括：1个双输出调制器、1个微波移相器、1个平衡探测器和1个带通滤波器，所述微波移相器的输入端连接码序列发生器的一个对应输出端，微波移相器的输出端连接双输出调制器的射频输入端，双输出调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双输出调制器的直流偏置电压输入端连接直流电源的一个对应输出端，双输出调制器的两个光输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

本发明还提出一种宽带正交线性调频波光生成系统，其特征在于，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个2n通道码序列发生器、1个2n通道直流电源和n个等效相位调制单元；所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器、码序列发生器和直流电源的输出端分别连接n个等效相位调制单元的对应输入端；其中，每个等效相位调制单元包括1个双偏振调制器、1个偏振分束器、2个微波移相器、1个平衡探测器和1个带通滤波器，所述2个微波移相器的输入端分别连接码序列发生器的两个对应输出端，2个微波移相器的输出端分别连接双偏振调制器的两个射频输入端，双偏振调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双偏振调制器的两个直流偏置电压输入端分别连接直流电源的两个对应输出端，双偏振调制器的输出端连接偏振分束器的输入端，偏振分束器的两个输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

本发明还提出一种宽带正交线性调频波光生成系统，其特征在于，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个n通道码序列发生器、1个n通道直流电源和n个上变频相位编码单元；所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端，光耦合器、码序列发生器和直流电源输出端分别连接n个上变频相位编码单元的对应输入端；其中，每个上变频相位编码单元包括1个双驱动调制器、1个微波移相器、1个光电探测器和1个带通滤波器，所述微波移相器的输入端连接码序列发生器的一个对应输出端，微波移相器的输出端连接双驱动调制器的一个射频输入端，双驱动调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双驱动调制器的直流偏置电压输入端连接直流电源的一个对应输出端，双驱动调制器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明提出一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法。本发明利用光载线性调频波产生器产生光载线性调频波，充分发挥光域大带宽的优势，相比于传统电子学方法，能够产生更大带宽的线性调频波，可以有效提高雷达的距离分辨力；在光域实现对线性调频波的相位编码，可以发挥光电器件大带宽、以及光域信号处理的优势，相比于传统电子学器件实现对线性调频波的相位编码，能够实现更高的编码速率，从而提高相位编码线性调频波之间的正交性。利用本发明提出的宽带正交线性调频波光生成系统及方法可以生成宽带、高正交性的正交线性调频波。将本发明提出的宽带正交线性调频波光生成系统及方法应用到MIMO雷达领域，可以有效提高MIMO雷达距离分辨力和工作性能，增强目标检测和识别的能力。

附图说明

图1是基于线性调频波产生和混频方法的正交相位编码线性调频波生成系统结构示意图。

图2是本发明实施例的基于光载线性调频波产生器和双输出调制器的宽带正交相位编码线性调频波生成系统结构示意图。

图3是本发明实施例的基于光载线性调频波产生器和双偏振调制器的宽带正交相位编码线性调频波生成系统结构示意图。

图4是本发明实施例的基于光载线性调频波产生器和双驱动调制器的宽带正交相位编码线性调频波生成系统结构示意图。

图5是本发明实施例生成的相位编码线性调频波的波形和解码结果示意图。

图6是本发明实施例生成的相位编码线性调频波的频谱结果示意图。

图7是本发明实施例生成的两路正交相位编码线性调频波的自相关和互相关结果示意图。

具体实施方式

本发明提出一种宽带正交线性调频波光生成系统及方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。本发明实施例中产生的正交相位编码线性调频波的带宽为4GHz。

本发明提出一种宽带正交线性调频波光生成系统，结构如图2所示，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个n通道码序列发生器1个n通道直流电源和n个相位编码单元(n为任意正整数)。所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器、码序列发生器和直流电源输出端分别连接n个相位编码单元的对应输入端；其中，每个相位编码单元包括：1个双输出调制器、1个微波移相器、1个平衡探测器和1个带通滤波器，所述微波移相器的输入端连接码序列发生器的一个对应输出端，微波移相器的输出端连接双输出调制器的射频输入端，双输出调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双输出调制器的直流偏置电压输入端连接直流电源的一个对应输出端，双输出调制器的两个光输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的输出端连接带通滤波器的输入端相连。

本发明系统各部件实现如下：

所述光载线性调频波产生器用于产生光载线性调频波。产生的线性调频波带宽覆盖目标相位编码线性调频波的频带，产生的线性调频波的重复周期大于目标相位编码线性调频波的重复周期。本实施例采用4bit微波光子DAC(PDAC)作为光载线性调频波产生器，产生线性调频波的带宽最大为0-18.75GHz，重复周期最大为10us。

所述光耦合器用于将光载线性调频波产生器产生的光载线性调频波分成n路。本发明的光耦合器需要有1个输入通道和n个输出通道。本实施例采用具有1个输入通道和2个输出通道的光耦合器，分光比为50:50。

所述码序列发生器用于产生n通道的编码序列。码序列发生器具有n个输出通道，产生n路不同的编码序列，编码序列的码率大于目标相位编码线性调频波的码率。本实施例采用Anritsu MP1758作为码序列发生器，具有4个输出通道，产生的编码序列的码率最大为12.5Gb/s。

所述微波移相器用于调节输入到微波移相器中的编码序列的延时。微波移相器的带宽高于编码序列的码率。本实施例中，微波移相器型号为PNRP1406，频带范围DC-26.5GHz。

所述直流电源用于给每个相位编码单元中的双输出调制器提供直流偏置电压。电压调节范围高于双输出调制器半波电压的两倍。本实施例中，直流电源电压调节范围为0-30V。

所述双输出调制器用于将编码序列调制到光载线性调频波上，对输入的光载线性调频波进行相位编码。双输出调制器的调制速率大于编码序列的码率。本实施例中，双输出调制器的调制速率为40Gb/s。

所述平衡探测器用于将输入的经过相位编码的光载线性调频波转换为微波波形。平衡探测器的响应带宽大于目标相位编码线性调频波的最高频率。本实施例中，平衡探测器响应带宽40GHz。

所述带通滤波器用于对输入的微波波形进行带通滤波，滤除不需要的频率分量。带通滤波器的带宽覆盖目标相位编码线性调频波的频带。本实施例中，带通滤波器的带宽为8-12GHz。

本发明提出一种基于上述系统的宽带正交线性调频波光生成方法，包括以下步骤：

(1)设定目标相位编码线性调频波的参数，利用光载线性调频波产生器生成对应的光载线性调频波。其中，目标相位编码线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T、编码速率R_c；生成的光载线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T。

(2)将步骤(1)生成的光载线性调频波通过光耦合器分成n路，分别输出至对应的n个双输出调制器中。调节每个双输出调制器的直流偏置电压为V_bi＝V_πi/2，V_πi为第i个双输出调制器的半波电压(半波电压是双输出调制器的固有参数，它的数据由手册给出)。

(3)计算每一路光载线性调频波对应的编码序列，通过码序列发生器发送到对应的n个微波移相器，具体步骤如下：

根据编码速率R_c和脉冲宽度T_p，计算每一路光载线性调频波对应的编码序列的长度为N_c＝R_c·T_p。生成一个级数为

(

表示向上取整)的M序列，长度为2^p-1。在M序列中，取前N_c个码作为第1路光载线性调频波对应的编码序列V₁；将V₁分别向右循环移位100位、200位、…100*(n-1)位，得到的编码序列分别作为第2，3…n路光载线性调频波对应的编码序列V₂，V₃,...,V_n。码序列发生器的n个通道分别生成对应的n路编码序列，分别发送至对应的n个微波移相器中。

(4)调节每个微波移相器的延时，使得每一路编码序列同步到达对应的双输出调制器的射频输入端，对每个双输出调制器中的光载线性调频波进行相位编码，然后将经过相位编码的光载线性调频波输出到对应的平衡探测器中。

(5)平衡探测器将输入的经过相位编码的光载线性调频波转换为微波波形，并输出到对应的带通滤波器中。

(6)每个带通滤波器滤除微波中不需要的频率分量，产生n路正交相位编码线性调频波，最终得到步骤(1)设定的相位编码线性调频波。

(本发明中最后是输出n路信号。步骤(1)是生成光载线性调频波，分成n路后，每一路进行不同的相位编码，所以最后生成n路不同编码的相位编码线性调频波。)

本发明还提出一种宽带正交线性调频波光生成系统，结构如图3所示，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个2n通道码序列发生器、1个2n通道直流电源和n个等效相位调制单元(n为任意正整数)。所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器、码序列发生器和直流电源的输出端分别连接n个等效相位调制单元的对应输入端；其中，每个等效相位调制单元包括1个双偏振调制器、1个偏振分束器、2个微波移相器、1个平衡探测器和1个带通滤波器；所述2个微波移相器的输入端分别连接码序列发生器的两个对应输出端，2个微波移相器的输出端分别连接双偏振调制器的两个射频输入端，双偏振调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双偏振调制器的两个直流偏置电压输入端分别连接直流电源的两个对应输出端，双偏振调制器的输出端连接偏振分束器的输入端，偏振分束器的两个输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

本发明系统各部件实现如下：

所述光载线性调频波产生器用于产生光载线性调频波。产生的线性调频波带宽覆盖目标相位编码线性调频波的频带，产生的线性调频波的重复周期大于目标相位编码线性调频波的重复周期。

所述光耦合器用于将光载线性调频波产生器产生的光载线性调频波分成n路。本发明的光耦合器需要有1个输入通道和n个输出通道。

所述码序列发生器用于产生2n通道的编码序列。码序列发生器具有2n个输出通道，产生2n路不同的编码序列，编码序列的码率大于目标相位编码线性调频波的码率。

所述微波移相器用于调节输入到微波移相器中的编码序列的延时。微波移相器的带宽高于编码序列的码率。

所述直流电源用于给每个等效相位调制单元中双偏振调制器提供直流偏置电压。电压调节范围高于双偏振调制器半波电压的两倍。

所述双偏振调制器将输入的光载线性调频波分成上下两路，两路光载线性调频波具有垂直偏振方向。分别将编码序列调制到两路光载线性调频波上对其进行强度调制，再将两路具有垂直偏振方向的光信号合成一个偏振方向。双偏振调制器的调制速率大于编码序列的码率。

所述偏振分束器用于将双偏振调制器输出的光信号分成两路具有垂直偏振方向的光信号。偏振分束器输出的两个偏振方向与双偏振调制器的两个偏振方向相同。

所述平衡探测器用于将输入的经过强度调制的光载线性调频波转换为微波波形。平衡探测器的响应带宽大于目标相位编码线性调频波的最高频率。

所述带通滤波器用于对输入的微波波形进行带通滤波，滤除不需要的频率分量。带通滤波器的带宽覆盖目标相位编码线性调频波的频带。

本发明系统对上述各部件的型号无特殊要求，每个部件能满足对应的指标要求即可。

本发明提出一种基于上述系统的宽带正交线性调频波光生成方法，包括以下步骤：

(1)设定目标相位编码线性调频波的参数，利用光载线性调频波产生器生成对应的光载线性调频波。其中，目标相位编码线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T、编码速率R_c；生成的光载线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T。

(2)将步骤(1)生成的光载线性调频波通过光耦合器分成n路，分别输出至对应的n个双偏振调制器中。调节每个双偏振调制器的上下两臂的直流偏置电压均为V_bi1＝V_bi2＝V_πip/2，其中V_bi1是第i个双偏振调制器上臂的直流偏置电压，V_bi2是第i个双偏振调制器下臂的直流偏置电压，V_πip为第i个双偏振调制器的半波电压，i＝1,2，...n(半波电压是双偏振调制器的固有参数，它的数据由手册给出)；

(3)计算每一路光载线性调频波对应的编码序列，通过码序列发生器发送到对应的2n个微波移相器，具体如下：

根据编码速率R_c和脉冲宽度T_p，计算每一路光载线性调频波对应的编码序列的长度为N_c＝R_c·T_p。生成一个级数为

(

表示向上取整)的M序列，长度为2p^-1。在M序列中，取前N_c个码作为第1路光载线性调频波对应的编码序列V₁；将V₁分别向右循环移位100位、200位、…100*(n-1)位，得到的编码序列分别作为第2，3…n路光载线性调频波对应的编码序列V₂，V₃,...,V_n。码序列发生器的2n个通道产生n组编码序列，每一组编码序列包括两个互补的编码序列±V_i，i＝1,2,...n，n组编码序列分别送入2n个微波移相器中。

(4)调节每个微波移相器的延时，使得n组互补的编码序列同步到达对应的双偏振调制器的射频输入端，每组编码序列对双偏振调制器中上下两臂的光载线性调频波进行互补的强度调制得到对应的光信号并将光信号输出到对应的偏振分束器中；

(5)每个偏振分束器将输入的光信号分成两路具有垂直偏振方向的经互补强度调制的光载线性调频波，分别发送至对应的平衡探测器；

(6)每个平衡探测器将经互补强度调制的光载线性调频波转换为微波波形，并输出到对应的带通滤波器中。

(7)每个带通滤波器滤除微波中不需要的频率分量，产生n路正交相位编码线性调频波，最终得到步骤(1)设定的相位编码线性调频波。

本发明还提出一种宽带正交线性调频波光生成系统，结构如图4所示，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个n通道码序列发生器、1个n通道直流电源、1个微波信号源、1个微波功分器和n个上变频相位编码单元(n为任意正整数)。所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端，微波信号源的输出端连接微波功分器的输入端，光耦合器、微波功分器、码序列发生器和直流电源输出端分别连接n个上变频相位编码单元的对应输入端。其中，每个上变频相位编码单元包括1个双驱动调制器、1个微波移相器、1个光电探测器和1个带通滤波器，所述微波移相器的输入端连接码序列发生器的一个对应输出端，微波移相器的输出端连接双驱动调制器的一个射频输入端，双驱动调制器的另一个射频输入端连接微波功分器的一个对应输出端，双驱动调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双驱动调制器的直流偏置电压输入端连接直流电源的一个对应输出端，双驱动调制器的输出端连接光电探测器的输入端；光电探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

在该系统中，微波信号源用于产生单频微波信号，微波功分器将单频微波信号分成n路，对输入到双驱动调制器中的光信号进行上变频，能够产生n路中心频率更高的相位编码线性调频波。如果去除微波信号源和微波功分器，则该系统与前述的两个系统实现相同的功能。

本发明系统各部件实现如下：

所述光载线性调频波产生器用于产生光载线性调频波。产生的线性调频波带宽覆盖目标相位编码线性调频波的频带，产生的线性调频波的重复周期大于目标相位编码线性调频波的重复周期。

所述光耦合器用于将光载线性调频波产生器产生的光载线性调频波分成n路。本发明的光耦合器需要有1个输入通道和n个输出通道。

所述码序列发生器用于产生n通道的编码序列。码序列发生器具有n个输出通道，产生n路不同的编码序列，编码序列的码率大于目标相位编码线性调频波的码率。

所述微波移相器用于调节输入到微波移相器中的编码序列的延时。微波移相器的带宽高于编码序列的码率。

所述直流电源用于给双驱动调制器提供直流偏置电压。电压调节范围高于双驱动调制器半波电压的两倍。

所述微波信号源用于产生单频微波信号。产生单频微波信号的频率要大于目标相位编码线性调频波的最大频率。

所述微波功分器用于将微波信号源产生的单频微波信号分成n路。微波功分器的带宽要覆盖微波信号源产生的单频微波信号的频率。

所述双驱动调制器用于将编码序列和单频微波信号调制到光载线性调频波上，对输入的光载线性调频波进行相位编码和上变频。双驱动调制器的调制速率大于编码序列的码率，且大于单频微波信号的频率。

所述光电探测器用于将输入的经过相位编码和上变频的光载线性调频波转换为微波波形。光电探测器的响应带宽大于目标相位编码线性调频波的最高频率。

所述带通滤波器用于对输入的微波波形进行带通滤波，滤除不需要的频率分量。带通滤波器的带宽覆盖目标相位编码线性调频波的频带。

本发明系统对上述各部件的型号无特殊要求，能满足所述指标要求即可。

本发明提出一种基于上述系统的宽带正交线性调频波光生成方法，包括以下步骤：

(1)设定目标相位编码线性调频波的参数，利用光载线性调频波产生器生成对应的光载线性调频波。其中，目标相位编码线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T、编码速率R_c；生成的光载线性调频波的参数包括：起始频率为0、脉冲宽度T_p、终止频率f₁-f₀、重复周期T。

(2)将步骤(1)生成的光载线性调频波通过光耦合器分成n路，分别输入对应的n个双驱动调制器中。调节每个双驱动调制器的直流偏置电压为V_bi＝Vπ_id/2，Vπ_id为第i个双驱动调制器的半波电压；(半波电压是双驱动调制器的固有参数，由数据手册给出)

(3)计算每一路光载线性调频波对应的编码序列，通过码序列发生器发送到对应的n个微波移相器，具体如下：

根据编码速率R_c和脉冲宽度T_p，计算每一路光载线性调频波对应的编码序列的长度为N_c＝R_c·T_p。生成一个级数为

(

表示向上取整)的M序列，长度为2p-1。在M序列中，取前N_c个码作为第1路光载线性调频波对应的编码序列V₁；将V₁分别向右循环移位100位、200位、…100*(n-1)位，得到的编码序列分别作为第2，3…n路光载线性调频波对应的编码序列V₂，V₃,...,V_n。码序列发生器的n个通道分别生成对应的n路编码序列，分别发送至对应的n个微波移相器中。

(4)调节每个微波移相器的延时，使得每一路编码序列同步到达对应的双驱动调制器的其中一个射频输入端，对每个双驱动调制器中的光载线性调频波进行相位编码；

(5)微波信号源产生频率为f₁的单频微波信号并发送至微波功分器中，微波功分器将所述单频微波信号平均分为n路单频微波信号，并将每路单频微波信号发送至对应的双驱动调制器的另一个射频输入端，对每个双驱动调制器中的光载线性调频波进行上变频；

(6)每个双驱动调制器将经过步骤(4)相位编码和步骤(5)上变频的光载线性调频波发送至对应的光电探测器中；

(7)每个光电探测器将经过相位编码和上变频的光载线性调频波转换为微波波形，并输出到对应的带通滤波器中。

(8)每个带通滤波器滤除微波中不需要的频率分量，产生n路正交相位编码线性调频波，最终得到步骤(1)设定的相位编码线性调频波。

实施例

本实施例以两通道(n＝2)正交相位编码线性调频波光生成为例，对宽带正交线性调频波光生成系统及方法进行了实验测试。目标相位编码线性调频波的起始频率11.5GHz、脉冲宽度8us、终止频率8.5GHz、重复周期10us、编码速率0.5Gb/s；4bit微波光子DAC(PDAC)生成的光载线性调频波起始频率11.5GHz、脉冲宽度8us、终止频率8.5GHz、重复周期10us。生成的光载线性调频波通过分光比50:50的光耦合器分成两路，分别送入两个双输出调制器，双输出调制器的偏置电压均设置为半波电压的一半。由级数为12的M序列生成编码序列(总长度为4095)，取其前4000个码作为第一路编码序列，这4000个码向右循环移位100位作为第二路编码序列。两路编码序列由Anritsu MP1758的两个通道产生，分别通过微波移相器调节延时，使得两路编码序列同步到达对应的双输出调制器射频输入端口，对输入的光载线性调频波进行相位编码。经过相位编码的光载线性调频波输入到对应的平衡探测器中，转换为微波波形，并通过带通滤波器滤除不需要的频率分量，得到目标相位编码线性调频波。从而实现两路正交相位编码线性调频波的产生。

图5是本发明实施例中生成的相位编码线性调频波的波形和解码结果示意图。图5(a)是第一路产生的相位编码线性调频波的时域波形，图5(b)是第一路产生的相位编码线性调频波的时域波形细节，图5(c)是第一路产生的相位编码线性调频波的解码结果，图6是第一路产生的相位编码线性调频波的频谱图。图7是本发明实施例中生成的两路正交相位编码线性调频波的自相关和互相关结果示意图。图7(a)是两路相位编码线性调频波作自相关和互相关结果对比的示意图，图7(b)是自相关和互相关结果峰值附近的细节示意图，虚线代表第一路信号自相关结果，实线代表两路信号互相关结果。从图中可看出，自相关结果比互相关结果高29.7dB，说明两路波形具有较好的正交性。

Claims (7)

1.一种宽带正交线性调频波光生成系统，其特征在于，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个n通道码序列发生器、1个n通道直流电源和n个相位编码单元；所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器、码序列发生器和直流电源输出端分别连接n个相位编码单元的对应输入端；其中，每个相位编码单元包括：1个双输出调制器、1个微波移相器、1个平衡探测器和1个带通滤波器，所述微波移相器的输入端连接码序列发生器的一个对应输出端，微波移相器的输出端连接双输出调制器的射频输入端，双输出调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双输出调制器的直流偏置电压输入端连接直流电源的一个对应输出端，双输出调制器的两个光输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

2.一种基于如权利要求1所述系统的宽带正交线性调频波光生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定目标相位编码线性调频波的参数，利用光载线性调频波产生器生成对应的光载线性调频波；其中，目标相位编码线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T、编码速率R_c；生成的光载线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T；

(2)将步骤(1)生成的光载线性调频波通过光耦合器分成n路，分别输出至对应的n个双输出调制器中；调节每个双输出调制器的直流偏置电压为V_bi＝V_πi/2，V_πi为第i个双输出调制器的半波电压，i＝1,2，...n；

(3)计算每一路光载线性调频波对应的编码序列，通过码序列发生器发送到对应的n个微波移相器，具体如下：

根据编码速率R_c和脉冲宽度T_p，计算每一路光载线性调频波对应的编码序列的长度为N_c＝R_c·T_p，生成一个级数为

的M序列，长度为2^p-1，

表示向上取整；在M序列中，取前N_c个码作为第1路光载线性调频波对应的编码序列V₁；将V₁分别向右循环移位100位、200位、…100*(n-1)位，得到的编码序列分别作为第2，3…n路光载线性调频波对应的编码序列V₂，V₃,...,V_n；码序列发生器的n个通道分别生成对应的n路编码序列，分别发送至对应的n个微波移相器中；

(4)调节每个微波移相器的延时，使得每一路编码序列同步到达对应的双输出调制器的射频输入端，对每个双输出调制器中的光载线性调频波进行相位编码，然后将经过相位编码的光载线性调频波输出到对应的平衡探测器中；

(5)每个平衡探测器将输入的经过相位编码的光载线性调频波转换为微波波形，并输出到对应的带通滤波器中；

(6)每个带通滤波器滤除微波中不需要的频率分量，产生n路正交相位编码线性调频波，最终得到步骤(1)设定的相位编码线性调频波。

3.一种宽带正交线性调频波光生成系统，其特征在于，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个2n通道码序列发生器、1个2n通道直流电源和n个等效相位调制单元；所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器、码序列发生器和直流电源的输出端分别连接n个等效相位调制单元的对应输入端；其中，每个等效相位调制单元包括1个双偏振调制器、1个偏振分束器、2个微波移相器、1个平衡探测器和1个带通滤波器，所述2个微波移相器的输入端分别连接码序列发生器的两个对应输出端，2个微波移相器的输出端分别连接双偏振调制器的两个射频输入端，双偏振调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双偏振调制器的两个直流偏置电压输入端分别连接直流电源的两个对应输出端，双偏振调制器的输出端连接偏振分束器的输入端，偏振分束器的两个输出端分别连接平衡探测器的两个输入端，平衡探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

4.一种基于如权利要求3所述系统的宽带正交线性调频波光生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定目标相位编码线性调频波的参数，利用光载线性调频波产生器生成对应的光载线性调频波；其中，目标相位编码线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T、编码速率R_c；生成的光载线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T；

(2)将步骤(1)生成的光载线性调频波通过光耦合器分成n路，分别输出至对应的n个双偏振调制器中；调节每个双偏振调制器的上下两臂的直流偏置电压均为V_bi1＝V_bi2＝V_πip/2，其中V_bi1是第i个双偏振调制器上臂的直流偏置电压，V_bi2是第i个双偏振调制器下臂的直流偏置电压，V_πip为第i路双偏振调制器的半波电压，i＝1,2，...n；

(3)计算每一路光载线性调频波对应的编码序列，通过码序列发生器发送到对应的2n个微波移相器，具体如下：

根据编码速率R_c和脉冲宽度T_p，计算每一路光载线性调频波对应的编码序列的长度为N_c＝R_c·T_p，生成一个级数为

的M序列，长度为2^p-1，

表示向上取整；在M序列中，取前N_c个码作为第1路光载线性调频波对应的编码序列V₁；将V₁分别向右循环移位100位、200位、…100*(n-1)位，得到的编码序列分别作为第2，3…n路光载线性调频波对应的编码序列V₂，V₃,...,V_n；码序列发生器的2n个通道产生n组编码序列，每一组编码序列包括两路互补的编码序列±V_i，i＝1,2,...n，n组编码序列分别发送至对应的2n个微波移相器中；

(4)调节每个微波移相器的延时，使得n组编码序列同步到达对应的双偏振调制器的射频输入端，每组编码序列对双偏振调制器中上下两臂的光载线性调频波进行互补的强度调制得到对应的光信号并将光信号输出到对应的偏振分束器中；

(5)每个偏振分束器将输入的光信号分成两路具有垂直偏振方向的经互补强度调制的光载线性调频波，分别发送至对应的平衡探测器；

(6)每个平衡探测器将经互补强度调制的光载线性调频波转换为微波波形，并输出到对应的带通滤波器中；

(7)每个带通滤波器滤除微波中不需要的频率分量，产生n路正交相位编码线性调频波，最终得到步骤(1)设定的相位编码线性调频波。

5.一种宽带正交线性调频波光生成系统，其特征在于，包括：1个光载线性调频波产生器、1个n通道光耦合器、1个n通道码序列发生器、1个n通道直流电源和n个上变频相位编码单元；所述光载线性调频波产生器的输出端连接光耦合器的输入端，光耦合器、码序列发生器和直流电源输出端分别连接n个上变频相位编码单元的对应输入端；其中，每个上变频相位编码单元包括1个双驱动调制器、1个微波移相器、1个光电探测器和1个带通滤波器，所述微波移相器的输入端连接码序列发生器的一个对应输出端，微波移相器的输出端连接双驱动调制器的一个射频输入端，双驱动调制器的光输入端连接光耦合器的一个对应输出端，双驱动调制器的直流偏置电压输入端连接直流电源的一个对应输出端，双驱动调制器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接带通滤波器的输入端。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：1个微波信号源和1个微波功分器；所述微波信号源的输出端连接微波功分器的输入端，微波功分器的n个输出端分别连接每个上变频相位编码单元中双驱动调制器的另一个射频输入端。

7.一种基于如权利要求6所述系统的宽带正交线性调频波光生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定目标相位编码线性调频波的参数，利用光载线性调频波产生器生成对应的光载线性调频波；其中，目标相位编码线性调频波的参数包括：起始频率f₀、脉冲宽度T_p、终止频率f₁、重复周期T、编码速率R_c；生成的光载线性调频波的参数包括：起始频率为0、脉冲宽度T_p、终止频率f₁-f₀、重复周期T；

(2)将步骤(1)生成的光载线性调频波通过光耦合器分成n路，分别输入对应的n个双驱动调制器中；调节每个双驱动调制器的直流偏置电压为V_bi＝V_πid/2，V_πid为第i个双驱动调制器的半波电压；

(3)计算每一路光载线性调频波对应的编码序列，通过码序列发生器发送到对应的n个微波移相器，具体如下：

根据编码速率R_c和脉冲宽度T_p，计算每一路光载线性调频波对应的编码序列的长度为N_c＝R_c·T_p，生成一个级数为

的M序列，长度为2^p-1，

表示向上取整；在M序列中，取前N_c个码作为第1路光载线性调频波对应的编码序列V₁；将V₁分别向右循环移位100位、200位、…100*(n-1)位，得到的编码序列分别作为第2，3…n路光载线性调频波对应的编码序列V₂，V₃,...,V_n，码序列发生器的n个通道分别生成对应的n路编码序列，分别发送至对应的n个微波移相器中；

(4)调节每个微波移相器的延时，使得每一路编码序列同步到达对应的双驱动调制器的一个射频输入端，对每个双驱动调制器中的光载线性调频波进行相位编码；

(5)微波信号源产生频率为f₁的单频微波信号并发送至微波功分器，微波功分器将所述单频微波信号平均分为n路单频微波信号，并将每路单频微波信号发送至对应的双驱动调制器的另一个射频输入端，对每个双驱动调制器中的光载线性调频波进行上变频；

(6)每个双驱动调制器将经过步骤(4)相位编码和步骤(5)上变频的光载线性调频波发送至对应的光电探测器中；

(7)每个光电探测器将经过相位编码和上变频的光载线性调频波转换为微波波形，并输出到对应的带通滤波器中；

(8)每个带通滤波器滤除微波中不需要的频率分量，产生n路正交相位编码线性调频波，最终得到步骤(1)设定的相位编码线性调频波。

Images